طرز كار شيمي سبز

كارخانجات شيميايي محل توليد مواد ارزشمند بسيار زيادي هستند. اين مواد شامل آنتي بيوتيك ها و داروهاي ديگر، مواد پلاستيكي، بنزين و مواد سوختي ديگر، مواد كشاورزي شيميايي مانند كودها و سم هاي شيميايي، پارچه هاي نايلوني، ابريشم مصنوعي و پلي استرها مي باشد. اين توليدات با ارزش هستند ولي برخي از مواد و فرآيندهاي شيميايي اي كه براي ساخت آنها استفاده مي شود به محيط زيست و سلامت انسان ها صدمه مي زند. هدف شيمي سبز اين است كه آلودگي را از طريق جلوگيري از ايجاد آن، در وهله اول، كاهش دهد.

طبق اصول اين رشته، در طراحي يك واكنش شيميايي، شيميدان ها پيش از استفاده از يك ماده شيميايي يا توليد محصولات مرتبط با آن توجه زيادي به دانشي كه در مورد خطرات احتمالييك ماده شيميايي براي سلامتي انسان و محيط زيست داريم، مي كنند. به بيان ديگر، آنها خطري را كه يكي از خواص ماده ايجاد مي كند، كه مي بايست علاوه بر ديگر خواص شيميايي و فيزيكي ماده مورد توجه قرار گيرد، را مورد بررسي قرار مي دهند، و موادي را انتخاب مي كنند كه اين خطر را به حداقل رساند.

در كتاب سال 1998، شيمي سبز: نظريه و عمل (نشر دانشگاه آكسفورد) (1)، پل اناستاس و جان وارنر 12 اصل ارائه كردند كه روش هاي به اجرا گذاشتن شيمي سبز را در اختيار شيميدان ها قرار مي دهد. چهار اصل از اين اصول در زير آمده است.

1. با در نظر گرفتن بي خطر بودن كار را شروع كنيد: واكنش هايي را كه از مواد بي خطر براي توليد محصول مورد نياز استفاده مي كنند، مورد توجه قرار دهيد.

اين روش باعث به حداقل رسانيدن خطر به كارگران كارخانه به هنگامي كه با اين مواد سروكار دارند مي شود و از انتشار اتفاقي مواد شيميايي خطرناك از راه نشت يا انفجار جلوگيري مي كند. براي مثال، اين اصل در روش جديدي كه جهت توليد يك ماده مهم شيميايي صنعتي، اسيد آديپيك، استفاده مي شود، به كار گرفته شده است.

نزديك به 2 ميليارد كيلوگرم اسيد آديپيك در سال براي ساخت نايلون، پلي يورتن، مواد روغني و گريس، و نرم كننده ها مورد نياز است. در روش متداول ساخت اسيد آديپيك از بنزن، كه مي تواند باعث سرطان شود، به عنوان ماده راه انداز واكنش استفاده مي شود. در پروسه اي كه جديدا ايجاد شده، كه از باكتري هايي كه از نظر ژنتيكي تغيير يافته اند – به نام كاتاليزورهاي حياتي – استفاده مي شود، قند ساده گلوكز جانشين بنزن شده است.

راه اندازي واكنش با ماده بي خطري مانند گلوكز براي ساخت اسيد آديپيك يعني اين كه، اگر استفاده از فرآيندهاي مشابه اين فرآيند گسترش يابد، مي توان از به كار بردن مقادير بسيار زياد مواد شيميايي خطرناك اجتناب كرد.

2. از منابع تجديد شدني استفاده شود: تاكيد بيشتري بر به كار بردن مواد راه انداز تجديد شدني، مانند موادي كه از گياهان رستني به دست مي آيند، به جاي استفاده از موادي چون نفت خام و گاز طبيعي، شود.

گلوكزي كه در مثال فوق به عنوان ماده راه انداز ذكر شد مي تواند از نشاسته ذرت يا سلولزي كه در گياهان وجود دارد، به دست آيد. حتي از چوب، ساقه، و برگ هاي ريخته شده ذرت نيز مي توان گلوكز به دست آورد. در يك مثال ديگر، مي توان از نشاسته ذرت براي توليد گلوله هاي كوچك پفي مخصوص بسته بندي كالا استفاده كرد. اين گلوله هاي كوچك پفي مي توانند جايگزين مواد بسته بندي پلاستيكي اي شوند كه از مواد شيميايي مشتق شده از نفت خام به دست مي آيند.

3. حلال هاي بي خطرتر پيدا كنيد: استفاده از حلال هاي سمي براي حل كردن موادي كه در واكنش شيميايي به كار برده مي شوند، را حذف كنيد.

حلال ها مواد شيميايي هستند كه مواد ديگر را در خود حل مي كنند. بسياري از حلال ها كه در مقادير زياد در صنعت به كار برده مي شوند براي سلامت انسان مضر هستند يا مي توانند خطرات ديگري مانند آتش سوزي و انفجار به وجود آورند. حلال هايي كه به طور گسترده استفاده مي شوند و براي سلامت انسان مضر باشند شامل تتراكلريد كربن، كلروفورم، و پركلورواتيلين هستند.

برخي مواقع امكان جايگزين كردن حلال ها با مواد كم خطرتر مثل آب يا دي اكسيد كربن مايع وجود دارد. براي مثال، فرآيندهاي جديدي براي خشك شويي لباس ها به تازگي ايجاد شده اند كه با استفاده از دي اكسيد كربن مايع، به جاي ماده شيميايي سمي پركلورواتيلين، لك هاي چربي و چرك را حل مي كنند.

4. در استفاده از اتم ها صرفه جويي كنيد: واكنش هايي طراحي كنيد كه در آنها از اكثر يا تمامي اتم هايي كه با آنها واكنش را شروع كرده ايد در محصول نهايي استفاده شود، نه اين كه تبديل به محصولات جانبي دور ريختني و زباله شوند.

بري تراست، شيميدان دانشگاه استانفورد، مفهوم فوق را ارائه كرد، كه وي نام آن را صرفه جويي در اتم ها گذاشته است. يكي از مثال هايي كه براي اين اصل مي توان نام برد فرآيند بهبود يافته اي است كه در سال 1991 براي ساخت داروي مسكن ايبوبروفن – عنصر فعال استفاده شده در داروهايي با عناوين تجاري اي چون موترين، اد ويل، نوپرين، مديپرن – طراحي شد.

در فرآيند اوليه شش مرحله اي كه در سال 1960 به وجود آمد، فقط 40 درصد اتم ها به صورت محصول نهايي (ايبوبروفن) درمي آمدند و 60 درصد اتم ها به صورت محصولات جانبي ناخواسته يا زباله درمي آمدند. فرآيند جديد بري تراست سه مرحله دارد، و 77 درصد اتم هاي واكنش كننده به صورت محصول نهايي، ايبوبروفن، درمي آيند. اين فرآيند سبز باعث حذف صدها هزار كيلوگرم محصولات جانبي شيميايي در سال شده است و مقدار اتم هاي واكنش كننده، كه براي ساخت ايبوبروفن به كار مي روند، را به ميزان صدها هزار كيلوگرم در سال كاهش داده است.

توجه به اين اصول به محيط زيست كمك مي كند و مي تواند در بلند مدت پول زيادي براي شركت ها، از طريق كاهش هزينه كنترل آلودگي و استفاده كمتر از انرژي، صرفه جويي كند.

اهميت بين المللي

از سال هاي 1990، سازمان هاي بسياري در سرتاسر دنيا از شيمي سبز استقبال كرده اند.