معرفی شیمی سبز

[mim-shimi 25686]

اصطلاح شیمی سبز در رابطه با طراحی محصولات و فرآیندهای شیمیایی است که در تولید و استفاده از مواد خطرناک را کاهش داده یا کاملاً از بین می­برد. این روش در ایالت متحده با تصویب قانون جلوگیری از آلودگی را کاهش داده یا کاملاً از بین می­برد. این روش در ایالت متحده با تصویب قانون جلوگیری از آلودگی درسال 1990 آغاز شد. این قانون پایه­گذار سیاست­های دولتی ایالات متحده برای کاهش یا جلوگیری از آلودگی در منشاء آن، هر کجا که امکان­پذر باشد بود.

این قانون همچنین راهی برای اجرای اقدامـاتی فراتـر از آنـچه توسط برنامه­های سازمان محافظت از محیط زیسـت EPA ایالـت متحده انجام می­شود و برنامه­ریزی استراتژی­های خلاقانه برای محافظت از سلامتی انسان­ها و محیط زیست فراهم کرد. طبق این قانون، کاهش آلودگی در منشاء «اساساً متفاوت و مطلوب­تر از مدیریت زباله و کنترل آلودگی است».

 

 

 

پس از تصویب این قانون، اداره­ی جلوگیری از آلودگی و مواد سمی آژانس محافظت از محیط زیست OPPT ایده ایجاد یا بهبود محصولات و فرآیندهای شیمیایی جهت کاهش خطرات آن­ها در دست بررسی قرار داد. در سال 1991، OPPT یک برنامه آزمایشی را آغاز کرد. طبق این برنامه، برای اولین بار، کمک مالی به پروژه­های تحقیقاتی مربوط به جلوگیری از آلودگی در تولید مصنوعات شیمیایی عرضه شد. از آن زمان تا کنون، برنامه­ی شیمی سبز سازمان محافظت از محیط زیست با دانشگاه­ها، صنایع، دیگر آژانس­های دولتی و سازمان­های غیردولتی همکاری نزدیکی برای جلوگیری از آلودگی از طریق اجرای شیمی سبز ایجاد کرده است.

 

 

طرز کار شیمی سبز

کارخانجات شیمیایی محل تولید مواد ارزشمند بسیار زیادی هستند. این مواد شامل آنتی­بیوتیک­ها و داروهای دیگر، مواد پلاستیکی، بنزین و مواد سوختنی دیگر، مواد کشاورزی شیمیایی مانند کودها و سم­های شیمیایی، پارچه­های نایلونی، ابریشم مصنوعی و پلی­استرها می­باشد. این تولیدات با ارزش هستند ولی برخی از این مواد و فرآیندهای شیمیایی­ای که برای ساخت آن­ها استفاده می­شود. به محیط زیست و سلامت انسان­ها صدمه می­زند. هدف شیمی سبز این است که آلودگی را از طریق جلوگیری از ایجاد آن، در وهله­ی اول، کاهش دهد.

طبق اصول این رشته، در طراحی یک واکنش شیمیایی، شیمی­دان­ها پیش از استفاده از یک ماده­ی شیمیایی یا تولید محصولات مرتبط با آن توجه زیادی به دانشی که در مورد خطرات احتمالی یک ماده­ی شیمیایی برای سلامتی انسان­ و محیط زیست داریم، می­کنند. به بیان دیگر، آن­ها خطری را که یکی از خواص ماده ایجاد می­کند. که می­بایست علاوه بر دیگر خواص شیمیایی و فیزیکی ماده مورد توجه قـرار گیـرد، را مـورد بـررسی قرار می­دهند، و موادی را انتخاب می­کنند که این خطر را به حداقل رساند.

در کتاب سال 1998، شیمی سبز، نظریه و عمل (نشر دانشگاه آکسفورد) (1)، پل اناستاس و جان وارنر 12 اصل ارایه کردن که روش­های به اجر گذاشتن شیمی سبز را در اختیار شیمی­دان­ها قرار می­دهد. چهار اصل از این اصول در زیر آمده است.

• با در نظر گرفتن بی­خطر بودن کار را شروع کنید: واکنش­هایی را که از مواد بی­خطر برای تولید محصول مورد نیاز استفاده می­کنند، مورد توجه قرار دهید.
  

این روش با به حداقل رسانیدن خطر به کارگران کارخانه به هنگامی که با این مواد سرو کار دارند می­شوند و از انتشار اتفاقی مواد شیمیایی خطرناک از راه خطرناک از راه نشست یا انفجار جلوگیری می­کند. برای مثال، این اصل در روش جدیدی که جهت تولید یک ماده­ی مهم شیمیایی صنعتی، اسید آدیپتیک، استفاده می­شود، به کار گرفته شده است. نزدیک به دو میلیارد کیلوگرم اسید آدی­پیک در سال برای ساخت نایلون، پلی­یورتن، مواد روغنی و گریس و نرم کننده­ها مورد نیاز است. در روش متداول ساخـت اسیدآدی­پیک از بنزن، که می­تواند باعث سرطان شود، به عنوان ماده راه انداز واکنش استفاده می­شود. در پروژه­ای که جدیداً ایجاد شده، که از باکتری­های که از نظر ژنتیکی تغییر یافته­اند ـ به نام کاتالیزورهای حیاتی ـ استفاده می­شود، قند ساده­ی گلوکز جانشین بنزن شده است.

راه اندازی واکنش با ماده بی­خطری ماننـد گلوکز بـرای ساخـت اسید آدی­پیک یعنی این که، اگر استفاده از فرآیندهای مشابه به این فرآیند گسترش یابد، می­توان از به کار بردن مقادیر بسیار زیاد مواد شیمیایی خطرناک اجتناب کرد.

• از منابع تجدید شدنی استفاده شود: تاکید بیشتری بر به کار بردن مواد راه­انداز تجدید شدنی، مانند موادی که از گیاهان رستنی به دست می­آیند، به جای استفاده از موادی چون نفت خام و گاز طبیعی شود.
  

گلوکزی که در مثال فوق به عنوان ماده راه انداز ذکر شد می­تواند از نشاسته ذرت یا سلولزی که در گیاهان وجود دارد، به دست آید. حتی از چوب، ساقه، برگ­های ریخته شده ذرت نیز می­توان گلوکز به دست آورد. در یک مثال دیگر، می­توان از نشاسته ذرت برای تولید گلوله­های کوچک پفی مخصوص بسته­بندی کالا استفاده کـرد. این لـوله­های کـوچک پفـی می­تواند جایگزین مواد بسته­بندی پلاستیکی­ای شوند که از مواد شیمیایی مشتق شده از نفت خام به دست می­آیند.

• حلال­های بی­خطر پیدا کنید: استفاده از حلال­های سمی برای حل کردن موادی که در واکنش شیمیایی به کار برده می­­شوند، را حذف کنید.
  

حلال­ها موادی شیمیایی هستند که مواد دیگر را در خود حل می­کنند. بسیاری از حلال­ها که در مقادیر زیاد در صنعت به کار برده می­شوند برای سلامت انسان مضر هستند یا می­توانند خطرات دیگری مانند آتش­سوزی و انفجار به وجد آورند. حلال­هایی که به طور گسترده استفاده می­شوند و برای سلامت انسان مضر باشند شامل تتراکلرید کربن، کلروفرم، پرکلر و اتیلن هستند.

برخی مواقع امکان جایگزین کردن حلال­ها با مواد کم­خطرتر مثل آب یا دی­اکسیدکربن مایع وجود دارد. برای مثال، فرآیندهای جدیدی برای خشک­شویی لباس­ها به تازگی ایجاد شده­اند که با استفاده از دی­اکسید کربن، مایع به جای ماده­ی شیمیایی سمی پرکلر و اتیلن، لک چربی و چرک را حل کنند.

• در اسـتفاده از اتـم­ها صـرفـه­جویی کنید: واکنش­هایی را طراحی کنید که در آن­ها از اکثر یا تمامی اتم­هایی که با آن­ها واکنش را شروع کرده­اید در محصول نهایی استفاده شود، نه این که تبدیل به محصولات جانبی دور ریختنی و زباله شوند.
  

بوی تراست، شیمیدان دانشگاه استانفورد، مفهوم فوق را ارایه کرد، که وی نام آن را صرفه­جویی در اتم­ها گذاشته است. یکی از مثال­هایی که برای این اصل می­توان نام برد فرآیند بهبود یافته­ای است که در سال 1991 برای ساخت داروی مسکن ایبوبروفن ـ عنصر فعال استفاده شده در داروهایی با عناوین تجاری­ای چون موترین، ادویل، نوپرین، مدیپرن ـ طراحی شد.

در فرآیند اولیه شش مرحله­ای که در سال 1960 به وجود آمد، 40% اتم­ها به صورت محصول نهایی (ایبوبروفن) درمی­آمدند و 60% اتم­ها به صورت محصولات جانبی ناخواسته یا زباله درمی­آمدند. فرآیند جدید بری تراست سه مرحله دارد و 77% اتم­های واکنش کننده به صورت محصول نهایی، ایبوبروفن، درمی­آیند. این فرآیند سبز باعث حذف صدها هزار کیلوگرم محصولات جانبی شیمیایی در سال شده است و مقدار اتم­های واکنش کننده که برای ساخت ایبوبروفن به کار می­روند، را به میزان صدها هزار کیلوگرم در سال کاهش داده است.

توجه به این اصول به محیط زیست کمک می­کند و می­تواند در بلد مدت پول زیادی برای شرکت­ها از طریق، کاهش هزینه­ کنترل آلودگی و استفاده­ی کمتر از انرژی، صرفه­جویی کند.