Žalioji (tvarioji) chemija — apibrėžimas, principai ir taikymai
Sužinokite, kas yra žalioji (tvarioji) chemija, jos principai ir taikymai — nuo taršos prevencijos iki saugesnių, efektyvių ir inovatyvių cheminių procesų.
Žalioji chemija (arba tvarioji chemija) yra chemijos mokslinių tyrimų ir inžinerijos sritis, kurios tikslas – kurti medžiagas, produktus ir procesus, kuriuose naudojama kuo mažiau pavojingų medžiagų, mažinama atliekų ir energijos sąnaudos bei didinamas saugumas per visą gyvavimo ciklą.
Aplinkos chemija - tiria cheminių medžiagų elgesį ir taršą gamtinėje aplinkoje, o žalioji chemija orientuojasi į taršos prevenciją jos šaltinyje: kurti sprendimus, kurie užkerta kelią pavojingų medžiagų atsiradimui ir plitimui. 1990 m. Jungtinėse Amerikos Valstijose priimtas Taršos prevencijos įstatymas paskatino naujoviškus metodus ir strategijas, skirtus užkirsti kelią taršai dar prieš jai atsirandant.
Žalioji chemija integruoja žinias iš įvairių sričių: organinė chemija, neorganinė chemija, biochemija, analitinė chemija ir net fizikinė chemija. Nors dažnai ji asocijuojama su pramoniniais procesais, žalioji chemija taikoma bet kurioje cheminėje srityje — nuo naujų medžiagų kūrimo iki laboratorinių analizės metodų. Jos esmė — sumažinti riziką, pagerinti efektyvumą ir užtikrinti, kad cheminiai sprendimai būtų saugesni žmonėms ir aplinkai. Tai skiriasi nuo aplinkos chemijos, kur dominuoja cheminiai reiškiniai aplinkoje ir taršos pasekmės.
Tvariosios chemijos principai (santrauka)
- Prevencija: geriau užkirsti kelią atliekų susidarymui nei jas šalinti.
- Atomų ekonomija: sintezės dizainas, kuris maksimaliai panaudoja reagentų atomus galutiniame produkte.
- Mažiau pavojingos sintezės metodikos: pasirinkti reakcijas, kurios naudoja ir generuoja kuo mažiau toksiškų medžiagų.
- Saikesnės cheminių medžiagų formos: kurti produktus, turinčius mažesnį toksinį poveikį vartotojams ir aplinkai.
- Saikingesni tirpikliai ir reakcijos sąlygos: vengti pavojingų organinių tirpiklių; naudoti vandenį, neorganinius arba nekenksmingus tirpiklius.
- Energijos efektyvumas: optimizuoti procesus, kad sumažinti energijos suvartojimą, pvz., naudojant katalizę arba chemines reakcijas suvykstančias esant žemesnei temperatūrai.
- Atnaujinami žaliavos šaltiniai: prioriteto teikimas biomasės ir kitų atsinaujinančių šaltinių panaudojimui.
- Dizainas, užtikrinantis degraduojamumą: kurti medžiagas, kurios suyra į saugias medžiagas pasibaigus jų naudojimo ciklui.
- Katalizė: pirmenybė katalitiniams metodams prieš stoichiometrines reakcijas, siekiant sumažinti atliekas.
- Saugūs reagentai ir tarpiniai produktai: vengti ypač pavojingų medžiagų, jei įmanoma jas pakeisti saugesnėmis alternatyvomis.
- Dizainas, leidžiantis užtikrinti saugą: mažinti nuodingumą ir avarinio poveikio riziką darbo vietoje bei gamybos grandinėje.
- Gyvavimo ciklo požiūris ir priemonės: naudoti metrikas (pvz., E-factor, atomų ekonomiją, LCA), kad įvertinti viso proceso poveikį aplinkai ir ekonomiškumą.
Praktiniai taikymai ir pavyzdžiai
- Vaistų pramonė: optimizuojamos sintezės, diegiami katalizatoriai ir žingsnių sujungimai, kad sumažinti atliekas ir pagerinti išeigą.
- Polimerai ir medžiagos: kuriami biologiškai skaidūs plastikai arba perdirbami polimerai bei naudojami alternatyvūs monomerai iš atsinaujinančių šaltinių.
- Katalizė ir selektyvumas: pažangūs katalizatoriai leidžia atlikti reakcijas efektyviau ir su mažesne energijos sąnauda.
- Tirpalų pakeitimai: vandeniniai, joniniai skysčiai arba superkritinis CO2 kaip saugesnės alternatyvos tradiciniams organiniams tirpikliams.
- Energijos taupymas: reakcijos ultragarso, mikrobangų arba fazių perėjimo katalizės būdu, leidžiančios sumažinti laiko ir temperatūros reikalavimus.
- Atliekų perdirbimas ir vertės išgavimas: pirminės žaliavos atgavimas, cheminė perdirbimo optimizacija bei atliekų kaip žaliavos panaudojimas (cirkulinė ekonomika).
- Analitiniai metodai: greitesnės ir mažiau medžiagų reikalaujančios analizės — mažesnis atliekų kiekis laboratorijose.
Privalumai, iššūkiai ir ateities kryptys
Tvarioji chemija suteikia ekologinius ir ekonominius privalumus: mažesnės atliekų tvarkymo sąnaudos, sumažinta rizika darbuotojams ir gyventojams, didesnis žaliavų naudojimo efektyvumas ir konkurencinis pranašumas rinkoje per inovacijas. Tačiau yra ir iššūkių: naujų technologijų įdiegimas reikalauja investicijų, kartais trūksta mastelio didinimo sprendimų, reikia patikimų žaliavų iš atsinaujinančių šaltinių bei standartizuotų metrikų poveikiui vertinti.
Ateityje žalioji chemija bus vis labiau susijusi su skaitmeninėmis technologijomis (procesų modeliavimas, mašininis mokymasis medžiagų atrankai), platesniu gyvavimo ciklo vertinimu (LCA) ir stipresniu reglamentavimu bei rinkos paskatomis, skatinančiomis žaliuosius sprendimus. Švietimas ir tarpdalykinis bendradarbiavimas yra būtini, kad šio principo principais paremtos technologijos taptų įprasta pramone ir kasdieniniu gyvenimu.
Apibendrinant, žalioji (tvarioji) chemija – ne tik teorinė koncepcija, bet ir praktinė priemonė kurti saugesnę, efektyvesnę ir mažiau taršą keliančią chemijos praktiką visose jos taikymo srityse.
12 žaliosios chemijos principų
1. Užkirsti kelią atliekų susidarymui
Kurkite produktus be atliekų arba su minimaliu atliekų kiekiu, kad vėliau nereikėtų rūpintis atliekomis.
2. Kurti saugesnes chemines medžiagas ir produktus
Sukurkite tokias chemines medžiagas, kurios būtų mažai toksiškos arba visai netoksiškos ir neturėtų įtakos veiksmingumui.
3. Kurti mažiau pavojingas chemines sintezes
Sukurti produktų sintezės būdą, kuris nebūtų toksiškas žmonėms ar aplinkai.
4. Naudokite atsinaujinančias žaliavas
Naudokite atsinaujinančias žaliavas, pavyzdžiui, augalines, o ne išsenkančias, pavyzdžiui, iškastinį kurą.
5. Naudokite katalizatorius, o ne stechiometrinius reagentus
Katalizatoriai naudojami dėl to, kad juos galima naudoti pakartotinai ir kad jie yra mažiau kenksmingi nei reagentai.
6. Venkite cheminių darinių
Dėl cheminių darinių susidaro atliekų, kurių galima išvengti.
7. Maksimaliai padidinkite atomo ekonomiją
Įsitikinkite, kad cheminės reakcijos reaguojančiose medžiagose esančių atomų procentinė dalis yra panaudojama produktuose, kuriuos taip pat galima naudoti.
8. Naudokite saugesnius tirpiklius ir reakcijos sąlygas
Venkite naudoti aštrius tirpiklius, bet jei to neįmanoma išvengti, naudokite nekenksmingas chemines medžiagas.
9. Energijos vartojimo efektyvumo didinimas
Jei įmanoma, naudokite įprastą aplinkos temperatūrą ir slėgį.
10. Projektavimas atsižvelgiant į degradaciją
Sukurti medžiagas, kurios bakterijų ar kitais aplinkai nekenksmingais būdais suskaidytų į nekenksmingas medžiagas.
11. Analizuokite realiuoju laiku, kad išvengtumėte taršos
Stebėti ir kontroliuoti šalutinių produktų susidarymą reakcijos metu.
12. Sumažinti nelaimingų atsitikimų tikimybę
Chemines medžiagas projektuokite taip, kad būtų sumažinta nelaimingų atsitikimų tikimybė.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra žalioji chemija?
A: Žalioji chemija - tai cheminių tyrimų ir inžinerijos rūšis, kuria siekiama kurti produktus ir procesus, kuriuose būtų naudojama kuo mažiau pavojingų medžiagų.
K: Kuo skiriasi aplinkos chemija nuo žaliosios chemijos?
A: Aplinkos chemija daugiausia dėmesio skiria cheminiams reiškiniams aplinkoje ir natūraliam taršių cheminių medžiagų atsiradimui, o žalioji chemija siekia sumažinti taršą ir užkirsti jai kelią pačiame jos šaltinyje, kurdama ir naudodama mažiau pavojingus produktus ir procesus.
K: Kada Jungtinėse Valstijose buvo priimtas Taršos prevencijos įstatymas?
A: Taršos prevencijos įstatymas Jungtinėse Valstijose buvo priimtas 1990 m.
K: Koks yra Taršos prevencijos įstatymo tikslas?
A.: Taršos prevencijos akto tikslas - ieškoti originalių ir naujų būdų, kaip tvarkyti taršą ir išvengti problemų dar prieš joms atsirandant.
K: Kokioms chemijos disciplinoms taikoma žalioji chemija?
A: Žalioji chemija taikoma įvairioms chemijos disciplinoms, įskaitant organinę chemiją, neorganinę chemiją, biochemiją, analitinę chemiją ir net fizikinę chemiją.
K: Ar žalioji chemija taikoma tik pramonėje?
Atsakymas: Ne, žalioji chemija taikoma bet kokiai pasirinktai chemijai ir ja siekiama sumažinti pavojų ir padidinti bet kokios pasirinktos cheminės medžiagos efektyvumą.
K.: Kuo žalioji chemija skiriasi nuo aplinkos chemijos?
A.: Žalioji chemija skiriasi nuo aplinkos chemijos tuo, kad ji orientuota į taršos mažinimą ir prevenciją jos šaltinio vietoje, kuriant ir naudojant mažiau pavojingus produktus ir procesus, o aplinkos chemija orientuota į cheminius reiškinius aplinkoje.
Ieškoti