شیمی همواره جایگاه ویژه‌ای را در زندگی بشر داشته است. امروزه شیمی سبز و استفاده از فرآیندها و محصولات حاصل از آن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. کاربرد شیمی سبز جهت ممانعت از آسیب به محیط زیست و موجودات زنده صورت می پذیرد. درواقع مهندسی شیمی سبز سعی بر آن دارد تا بتواند محصولاتی را ارائه دهد که آسیبی برای انسان و سایر موجودات و محل زندگی‌شان نداشته باشد. اصول شیمی سبز شامل ۱۲ اصل مهم هستند که در ادامه این مطلب به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت. با تمام مزایا و فواید شیمی سبز معایبی هم در استفاده از آن وجود دارد. ایجاد محدودیت و تولید محصولات ناخواسته را می‌توان به‌عنوان معایب شیمی سبز معرفی نمود. با این وجود کاربرد شیمی سبز در کشاورزی، داروسازی، پزشکی و… دیده می شود.
در ادامه این مطلب از جهان شیمی فیزیک به بررسی اصول ۱۲ گانه شیمی سبز و موارد استفاده از آن می پردازیم. با ما همراه باشید.
تعریف شیمی سبز
شیمی نقشی بسیار مهم در پیشرفت تمدن جوامع انسانی داشته است. امروزه از علم شیمی در بسیاری از فرآیند های روزمره نیز استفاده می شود. اما علم شیمی با تمام فوایدی که در پیشرفت زندگی انسان داشته است، آسیب های بسیار چشم‌گیری را نیز به محیط زیست وارد نموده است. این آسیب به محیط زیست به طور مستقیم و غیر مستقیم بر زندگی انسان و سایر موجودات زنده تاثیر داشته است. بنابراین شیمیدانان و دانشمندان جهان بر آن شدند تا روش هایی را به کار گیرند که آسیبی برای موجودات زنده نداشته باشد یا این آسیب‌ها را به حداقل برسانند.
بنابراین شیمی سبز درواقع مجموعه‌ای از روش‌ها است که فرآیندها و فرآورده‌های شیمیایی را طراحی می کند که برای سلامت انسان و محیط مضر نباشد یا تا حد ممکن از مواد مضر کم استفاده شود. بخش عظیمی از محصولاتی که روزانه از آن‌ها استفاده می‌کنیم طی یک فرآیند و واکنش شیمیایی حاصل می آیند. درواقع در تولید یک محصول حداقل برای بخشی از طراحی آن به یک واکنش شیمیایی نیاز است. شیمی سبز یا شیمی پایدار بخشی از علم شیمی و مهندسی شیمی است که بر طراحی محصولات و فرآیندهایی استوار است که کاربرد و تولید مواد آلاینده خطرناک را به کمترین میزان رسانده و یا حذف می کنند.
شیمی سبز در کنار شیمی محیط زیست فعالیت کرده و تمرکز خود را به روش های فناورانه در کاهش آلایندگی و مصرف منابع تجدید ناپذیر معطوف نموده است. اهداف شیمی سبز گسترده بوده و بیشتر این اهداف به طراحی انواع مولکول ها، مواد، محصولات و طراحی فرآیند های کارآمد و ایمن مرتبط هستند.
شیمی سبز و تاریخچه آن
با افزایش توجه به مشکلات آلاینده های شیمیایی و کاهش منابع در دسترس در دهه ۱۹۹۰ روش های شیمی سبز شکل گرفتند. شیمی سبز در اروپا و آمریکا با تغییر موضع در استراتژی حل مسائل محیط زیستی شکل پذیرفت. بشر با فهم لزوم کاهش آلاینده های صنعتی در انتهای فرآیند و به جای استفاده از قوانین کنترل کننده به جلوگیری فعال انتشار آلودگی‌ها پرداخت. طراحی خلاقانه در تولید محصولات فناورانه پیش درآمدی بر ایجاد شیمی سبز در اواخر دهه ۹۰ بود.
اهداف شیمی سبز
امروزه اختراعات مختلف تاثیرات زیادی را بر تمدن بشر داشته اند. در تمدن جدید،علم شیمی نقش مهمی ایفا می کند. بنابراین ممکن است خطرات زیادی از فرآیندهای شیمیایی ناشی از آن به سلامت انسان و محیط زیست وارد شود. اهمیت این موضوع موجب شده تا مهندسی شیمی سبز به موضوعی مهم در سطح بین‌المللی تبدیل گردد. این علم در رابطه با فرآیندهای شیمیایی و طراحی محصولاتی استفاده می‌شود که در تولید آن‌ها از استفاده از مواد خطرناک کاهش یافته و یا به صفر برسند. اهداف شیمی سبز را می توان به صورت زیر بیان کرد.
- استفاده از منابع تجدید پذیر
- کاهش دادن مراحل انجام فرآیندها
- افزایش یافتن بازده انرژی
- طراحی مواد شیمیایی سالم
- افزایش راندمان یا بازده
- استفاده از مواد اولیه کم خطر
- و…
با این تعاریف افزایش کیفیت زندگی و داشتن محیط زیستی تمیزتر و ایمن تر هدف نهایی شیمی سبز است.
اصول ۱۲ گانه شیمی سبز
اصل اول
اصل اول جلوگیری از تولیدات بیهوده است. در واقع بهتر است فرآیند ها به گونه ای طراحی شوند كه از ساخت و تولید زباله و پسماندهای سمی پیشگیری به عمل آید. این گونه دیگر لازم نیست که پس از تولید به فكر ضرر پسماندهای سمی ایجاد شده و پاکسازی محیط از آن‌ها شد.
اصل دوم
اقتصاد اتمی یا افزایش بهره‌وری از اتم از دیگر اصول ۱۲ گانه شیمی سبز محسوب می شود. مفهوم اقتصاد دائم به این صورت است كه بازده واكنش های شیمیایی افزایش یابد. این بدان معناست که طراحی واكنش های شیمیایی باید به گونه ای باشند كه فراورده نهایی بیشتری تولید گردد. حتی بهتر است این طراحی ها به كاهش میزان تولید فرآورده های بیهوده و مازاد نیز منجر شوند.
اصل سوم
طراحی فرایندهای كم آسیب تر یا تولید ترکیباتی با سمیت کمتر از دیگر اصول این علم است. شیمیدان های فعال در این علم باید تا جای ممکن روش هایی را طراحی كنند و موادی را بكار برند یا تولید كنند كه اثرات سوء كمتری برای انسان و محیط زیست داشته باشند. برای انجام واكنش های شیمیایی اغلب مواد اولیه گوناگونی وجود دارند. از میان این مواد باید مناسب ترین و کم خطرترین را انتخاب نمود.
اصل چهارم
طراحی مواد شیمایی سالم تر از دیگر اصول این علم است. محصولات شیمیایی باید به شکلی طراحی شوند كه علاوه بر كاهش خطر سمیت، عملکرد خود را نیز به خوبی انجام دهند. فرآورده های جدید باید به گونه ای طراحی شوند که سالم تر و در عین حال کارآمدتر باشند.
اصل پنجم
استفاده از حلال ها و طراحی شرایط واكنشی ایمن تر از دیگر اصولی است که شیمی سبز به آن پایبند است. این علم به دنبال روش هایی است که از مواد كمكی همچون حلال ها و عوامل جدا كننده تا جایی كه ممکن است کمتر استفاده شود.
اصل ششم
طراحی بر اساس افزایش بازده انرژی از دیگر اصول است. روش‌های تولید و جداسازی تا جایی كه امكان دارد، باید به‌گونه‌ای طراحی شوند كه نیاز به انرژی كاهش یافته و در انتهای واكنش انرژی بیشتری فراهم آید.
اصل هفتم
بهره گیری از مواد اولیه برگشت پذیر می تواند به داشتن محیطی سالم و ایمن کمک کند. واكنش های شیمیایی در این علم باید به شکلی طراحی شوند که در آن ها از مواد اولیه ای استفاده شود كه قابلیت بازگردانی دارند.
اصل هشتم
کاهش استفاده از مشتق های شیمیایی از اصول مهندسی شیمی پایدار است. شیمی پایدار بهره گیری از گروه های محدود كننده و یا تغییرات شیمیایی و فیزیكی گذرا كاهش می دهد. زیرا این مراحل نیازمند واكنشگرهای اضافی بوده و موجب تولید فراورده های بیهوده می شوند.
اصل نهم
بهره گیری از كاتالیزور ها نیز می تواند از اصول شیمی پایدار باشد. زیرا كاتالیزور ها گزینشی عمل کرده و دمای مورد نیاز جهت انجام آزمایش را نیز كاهش می دهند. این ترکیبات واكنش های جانبی را به كمترین اندازه رسانده و میزان تبدیل واكنشگر ها به فرآورده های نهایی را افزایش خواهند داد.
اصل دهم
طراحی محصولات تخریب پذیر از اصول مهم شیمی پایدار است. واکنش‌های شیمیایی باید به شکلی طراحی شوند كه محصولات تولید شده به صورتی باشند كه در طبیعت تخریب پذیر باشند. زیست تخریب پذیر بودن و تجزیه آسان و سریع از اهداف طراحی واکنش های شیمی پایدار است.
اصل یازدهم
تخمین زمان واقعی انجام واكنش جهت جلوگیری از آلودگی امری مهم است. پیشرفت یک واكنش همواره باید پیگیری شود تا مشخص گردد چه زمانی واكنش كامل می شود. زیرا پس از كامل شدن واکنش، مکن است فراورده های ناخواسته جانبی تولید گردند.
اصل دوازدهم
بهره گیری از واكنشگرها و حلال هایی كه احتمال انفجار، آتش سوزی و رها شدن ناخواسته مواد شیمیایی را كاهش می دهند، موجب كاهش احتمال رویدادهای شیمیایی ناخواسته خواهد شد. توسط تغییر دادن حالت یا تركیب واكنشگرها می توان آسیب های مرتبط با این رویدادها را كاهش داد.
کاربرد شیمی سبز در داروسازی
امروزه داروسازی به عنوان یک صنعت مهم شناخته می شود و نقش بسیار باارزشی در سلامت اجتماع دارد. دانشمندان این علم همواره به دنبال روشی برای توسعه محصولاتی با کمترین عوارض جانبی و تولید پسماند های سمی هستند. استفاده از روش های شیمی سبز می تواند دانشمندان را برای رسیدن به این هدف یاری دهد.
صنعت داروسازی اخیرا روشی سنتزی در تهیه داروهای دیابت معرفی نموده است که طی آن از فرآیندهای آنزیمی استفاده می شود. با این روش پسماند کاهش یافته و بعلاوه بازده محصولات نیز افزایش خواهد یافت. در این روش نیازی به استفاده از کاتالیست های فلزی نیست. تحقیقات نشان می دهند که کاربرد بیوکاتالیست های جدید می‌تواند در ساخت سایر داروها نیز استفاده شوند.
داروی سیمواستاتین از داروهای مورد نیاز برای کاهش کلسترول خون است. تولید این دارو نیازمند به به‌کارگیری مقادیر زیادی از معرف های خطرناک داشته و پسماندهای سمی ایجاد خواهد نمود. روش جدید طراحی برای تولید این دارو از یک آنزیم سنتزی استفاده نموده است. این روش حتی هزینه‌های خوراک ورودی را کاهش می دهد.
بنابراین با کاربرد شیمی سبز در پزشکی و داروسازی می توان داروهایی تولید نمود که هم به لحاظ اقتصادی و هم به لحاظ زیست محیطی مطلوب باشند.
مزایا استفاده از شیمی سبز چیست
مزایا شیمی سبز برای محیط زیست
بسیاری از مواد شیمیایی در حین استفاده یا با انتشار آزادانه و ناخواسته یا با دفع در محیط رهاسازی می شوند. مواد شیمیایی سبز در صورت دفع یا به محصولات بی ضرر تبدیل می شوند یا بازیافت شده و مجدد استفاده می شوند. استفاده از این ترکیبات سبز می تواند دارای مزایای زیر باشد:
- موجب می شود تا گیاهان و حیوانات آسیب کمتری ببینند.
- این ترکیبات برای گرم شدن کره زمین، تخریب ازن و تشکیل دود و مه دود پتانسیل کمتری دارند.
- محصولات سبز اختلال شیمیایی کمتری را در اکوسیستم ها اعمال می کنند.
- محل های دفن زباله و به ویژه زباله های خطرناک کاهش خواهد یافت.
فواید شیمی سبز برای سلامت انسان
- محصولات سبز موجب کاهش انتشار مواد شیمیایی خطرناک در هوا شده و آسیب کمتری به ریه ها وارد می کنند.
- این محصولات با انتشار کمتر مواد زاید خطرناک به آب موجب تمیزتر شدن آن می شوند.
- کاربرد این محصولات موجب افزایش ایمنی برای کارگران مشغول در صنایع شیمیایی می گردد.
- از طرفی استفاده کمتر از مواد سمی موجب کاهش استفاده از تجهیزات محافظ شخصی می شود.
- با محصولات حاصل از شیمی پایدار محصولات جدید و ایمنی برای استفاده در دسترس قرار می گیرند. بعضی محصولات با ضایعات کمتری تولید شده وبرخی محصولات نیز با محصولات کم خطرتر جایگزین می شوند.
- کاهش و حذف مواد شیمیایی سمی که می توانند وارد زنجیره غذایی شوند، از دستاوردهای مهم شیمی پایدار است. با استفاده از روش‌های شیمی پایدار سموم دفع آفاتی تولید شده اند که امن تر بوده و تنها برای آفات خاصی سمی هستند. این سموم پس از استفاده به سرعت در محیط تخریب می شوند.
به طور کلی با استفاده از محصولات حاصل از شیمی پایدار انسان کمتر در معرض مواد شیمیایی سمی و مضر قرار گرفته و تهدید های سلامتی برای انسان و محیط زیست کاهش خواهد یافت.
کاربرد شیمی سبز در کشاورزی
مدیریت مصرف آب از مسائل مهم زیست محیطی بوده که نیازمند برنامه ریزی و چاره اندیشی است. در کشور ما ایران بیشتر جمعیت روستایی کشور به کشاورزی اشتغال دارند. درواقع حوزه کشاورزی از مهم‌ترین مصرف کنندگان آب در ایران است. امروزه استفاده از کشاورزی پایدار یا سبز از روش های نوینی بهره می برد که می توان بر مشکلات هدر رفت و آلودگی آب فائق آمد. کشاورزی سبز و نانوتکنولوژی را های دستیابی به کشاورزی پایدار هستند که علاوه بر کاهش خطرات سلامت انسان و محیط زیست، قادرند تا انرژی و منابع را نیز سامان دهند.
معایب شیمی سبز دهم
شیمی سبز با تمام مزایا و کاربردهای بسیار زیادش دارای معایبی است. ایجاد محدودیت برای برخی فرایندها و تولید برخی محصولات از معایب شیمی سبز محسوب می شود. برای مثال استفاده از شیمی سبز محدودیت هایی را در طراحی برخی فرآیندها و تولید برخی محصولات ایجاد خود نمود. از طرفی کاربرد شیمی سبز در بسیاری از فرآیندها به استفاده از مواد اولیه و پیش ماده های مشخصی نیازمند است. لازم به ذکر است که این مواد اولیه و پیش ماده ها را تنها برای طراحی و تولید برخی از محصولات می توان استفاده نمود و اغلب برای تولید محصولات جدید به طراحی های جدید و مواد اولیه جدیدی نیاز است.
در واقع، کاربرد شیمی سبز به نوعی محدودیت هایی را ایجاد می کند و تنوع تولید محصولات مختلف را کاهش می دهد. در حالی که تنوع تولید محصولات یک اصل بسیار مهم و حیاتی در علم مختلف در نظر گرفته می شود.
سخن آخر
در این مطلب از جهان شیمی فیزیک به بررسی کاربرد شیمی سبز و اصول ۱۲ گانه آن پرداختیم. امروزه شیمی پایدار در تولید انواع محصولات از غذایی گرفته تا دارویی اهمیتی ویژه یافته است. با استفاده از این محصولات می توان جهانی امن تر برای زندگی ساخت.
