[Strona
główna] [Chemia] [Podróże] [Kalcyt] [Linki]
HYDROGEOTECHNIKA –
technologie dla środowiska
Studenckie
Koło Naukowe „Kalcyt”
Akademia
Świętokrzyska
im.
Jana Kochanowskiego w Kielcach
Zielone barwy chemii
Przemysł chemiczny to niewątpliwie jedna z najważniejszych dziedzin gospodarki.
Bez jego istnienia trudno wyobrazić sobie codzienne życie. Z jednej strony
dostarcza niezbędnych surowców i produktów, z drugiej generuje ogromne ilości
odpadów i zanieczyszczeń. Rozwój cywilizacji powoduje wzrost produkcji a to
oznacza większą ilość niekorzystnych substancji. Oczywiście do zanieczyszczeń
należy dodać jeszcze takie czynniki jak wszelkiego typu awarie powodujące, że
zagrożenie dla środowiska ze strony danej fabryki gwałtownie wzrasta,
substancje wydostające się do otoczenia wskutek nieszczelnej aparatury, czy
wreszcie ogromne zużycie energii. Laboratoria analityczne z jednej strony służą
ochronie środowiska, bez ich pracy nie byłoby możliwe monitorowanie
zanieczyszczeń w powietrzu, wodzie, czy glebach, z drugiej strony w wyniku ich
działalności powstaje wiele toksycznych produktów. Dla ekologów jest oczywiste
– wszystkie te czynniki wpływają negatywnie na stan środowiska. Specjaliści nie
mieli jednak prawnego narzędzia umożliwiającego podjęcie określonych działań na
rzecz poprawy istniejącego stanu. Nie mieli aż do 1990 roku, kiedy to w USA
została uchwalona ustawa o zapobieganiu zanieczyszczeniom (Pollution
Prevention Act).
Wprowadziła ona istotne zmiany w polityce ekologicznej. Otóż o ile poprzednie
tego typu dokumenty dostosowane były do istniejącego stanu rzeczy, wspomniany
akt prawny preferował wdrażanie w życie technologii przyjaznych dla środowiska.
Co to oznaczało? Krótko mówiąc zastąpienie istniejących procesów
technologicznych procesami mniej szkodliwymi. W ten sposób narodziła się idea
„Zielonej Chemii”.
Określenia tego po raz pierwszy użył
Paul Anastas w 1991 roku
definiując „Zieloną Chemię” jako: „Szukanie, projektowanie i wdrażanie
chemicznych produktów i procesów umożliwiających redukcję lub eliminację
używania i wytwarzania niebezpiecznych substancji”. Z tej krótkiej
definicji wynikają niezwykle istotne konsekwencje. Spróbujmy zastanowić się nad
znaczeniem jej słów. Po pierwsze „szukanie” i „projektowanie” –określenia te
dotyczą właściwości i wpływu na otoczenie interesującego nas produktu lub
procesu i są jednym z kryteriów określających jego przydatność, co już na
wstępie obniża niebezpieczeństwo dla środowiska, umożliwiając odrzucenie
produktów o szkodliwym działaniu. Kolejna istotna kwestia zawarta jest w
zwrocie „używanie i wytwarzanie”. Sens takiego sformułowania tkwi w tym, że
„Zielona Chemia” nie ogranicza się jedynie do problemu odpadów powstających w
danym procesie, ale kładzie również nacisk na ryzyko, jakie niesie ze sobą
praca z niebezpiecznymi substancjami. I tu pojawia się jeszcze jeden istotny
aspekt. Co to właściwie jest ryzyko? Ryzyko można określić jako wynik działania
niebezpieczeństwa i ekspozycji. Kontakt z substancją określaną jako
niebezpieczna powoduje powstanie ryzyka w pracy z nią. W większości procesów
technologicznych ograniczenie ryzyka (a niewątpliwie jest to konieczne)
realizowane jest przez ograniczenie kontaktu. Do tego celu służy odzież
ochronna, rękawice, respiratory itp. Takie podejście oparte na sprzęcie i
działalności człowieka bywa zawodne. Odzież można uszkodzić, maski czy
aparatura zabezpieczająca może się zepsuć a wtedy ryzyko gwałtownie wzrasta. W
przeciwieństwie do tego podejścia, „Zielona Chemia” zmniejszając ryzyko nie
bazuje na aparaturze, ale zakłada redukcję drugiego z czynników determinujących
ryzyko – niebezpieczeństwa. Takie podejście eliminuje konieczność obawy przed
skutkami potencjalnych awarii. Należy dodać, że nie ogranicza się to jedynie do
substancji wybuchowych, łatwopalnych, czy trujących, ale także obejmuje czynniki
rakotwórcze, ulegające akumulacji w organizmie czy stanowiące zagrożenie dla
środowiska. Jakie więc zadania stoją przed chemikami? Anastas
i Warner wprowadzili 12 zasad będących pewnego
rodzaju przewodnikiem przez „Zieloną Chemię”:
1.
Zapobieganie –
lepiej jest zapobiegać wytwarzaniu odpadów niż prowadzić utylizację po ich
wytworzeniu.
2.
Oszczędność –
należy dążyć do zwiększenia wydajności procesu przy jak najmniejszym zużyciu
substratów.
3.
Ograniczenie
użycia substancji niebezpiecznych – w projektowaniu produktu oraz procesu jego
wytwarzania należy dążyć do wyeliminowania związków toksycznych czy szkodliwie
oddziałujących na otoczenie.
4.
Projektowanie
produktów – istotne jest uwzględnienie wszelkiego niekorzystnego wpływu
produktu na środowisko.
5.
Używanie bezpiecznych
reagentów – eliminowanie rozpuszczalników i odczynników mogących stanowić
źródło zagrożenia.
6.
Efektywne
wykorzystanie energii – szukanie łagodniejszych warunków prowadzenia reakcji
(niższa temperatura, ciśnienie).
7.
Wykorzystanie surowców
pochodzących ze źródeł odnawialnych.
8.
Ograniczenie
procesów derywatyzacji – stosowanie grup blokujących,
ochronnych może stanowić źródło dodatkowych odpadów.
9.
Wykorzystanie
katalizatorów – użycie katalizatorów zwiększa wydajność reakcji, pozwala prowadzić
proces w łagodniejszych warunkach.
10. Możliwość degradacji – produkty chemiczne po okresie
ich używania nie powinny stanowić zagrożeń dla środowiska.
11. Kontrola procesu w czasie rzeczywistym – umożliwia na
bieżąco analizę przebiegu reakcji co pozwala zapobiegać
awariom wskutek nieprawidłowego kierunku procesu.
12. Właściwy poziom bezpieczeństwa – projektując proces
należy dążyć do zminimalizowania niebezpieczeństwa wypadków.
Poza
tym określone zostały następujące sposoby realizacji wymienionych założeń:
·
Używanie
alternatywnych źródeł materiałów zakłada używanie substratów odnawialnych,
mniej toksycznych dla zdrowia człowieka i środowiska.
·
Używanie
nieszkodliwych reagentów.
·
Angażowanie
naturalnych procesów takich jak biosynteza, biokataliza.
·
Używanie alternatywnych
rozpuszczalników bezpieczniejszych dla ludzi i środowiska.
·
Projektowanie
bezpieczniejszych substancji czyli projektowanie
budowy cząsteczki tak aby spełniała swoje funkcje przy jednoczesnym
zmniejszeniu toksyczności.
·
Szukanie nowych
warunków prowadzenia reakcji w celu zwiększenia wydajności czy obniżenia
kosztów produkcji.
·
Zmniejszenie
zużycia energii.
Tak wygląda globalny obraz „Zielonej Chemii”, ale
istnieje jeszcze jeden, znacznie mniejszy, o lokalnym zasięgu – laboratoria
chemiczne. Działalność chemików, studentów czy uczniów może powodować lokalne
skażenia środowiska. W tym przypadku dużą rolę odgrywa odpowiednia edukacja.
Chemicy muszą być świadomi, że roztwór wylany do kanalizacji nie pozostaje
obojętny dla otoczenia. Ograniczenie działań tylko do edukacji może niestety
okazać się bezowocne, dlatego zaproponowane zostały następujące rozwiązania dla
laboratoriów chemicznych:
·
eliminacja (lub ograniczenie zużycia) odczynników chemicznych,
a w szczególności rozpuszczalników organicznych (prowadząc reakcję w skali półmikro uzyskujemy zmniejszenie emisji par i gazów oraz
ilości ścieków i odpadów stałych).
·
eliminacja odczynników o dużej toksyczności.
·
wprowadzanie instrumentalnych metod analizy (metody spektrofotochemiczne, elektrochemiczne, itp.).
·
zmniejszenie pracochłonności i energochłonności danego procesu.
W Polsce brakuje łatwego dostępu do odpowiednich
materiałów na temat zasad „Zielonej Chemii”. Istotne jest, aby ich wprowadzanie
rozpocząć już od edukacji przyszłych chemików. Inaczej sytuacja ta wygląda w
krajach wysoko rozwiniętych, zwłaszcza w USA, gdzie wydziały chemiczne dużych
uniwersytetów uczestniczą w rządowych programach „Zielonej Chemii”, a nawet
posiadają laboratoria spełniające wyżej wymienione wymogi (np.:
Uniwersytet Oregonu - http://darkwing.uoregon.edu/~hutchlab/greenchem/).
Na zakończenie warto odpowiedzieć na pytanie: dlaczego dopiero stosunkowo niedawno podjęto
działania w tym kierunku? Odpowiedź jest prosta: naukowcy wiedzą w tej chwili
więcej na temat właściwości cząsteczek wynikających z ich budowy, potrafią
także projektować nowe związki o założonych właściwościach i dzięki temu
wypełnienie zasad „Zielonej Chemii” staje się technicznie możliwe. W ten sposób
chemicy grają główną rolę w rozwoju i realizacji założeń „Zielonej Chemii”.
Takie zmiany nie nastąpią jednak z dnia na dzień – potrzeba czasu, nakładów
finansowych oraz akceptacji ze strony rządzących i przemysłowców.
Na podstawie materiałów IUPAC.
Opracował: Krzysztof
Wołowiec