شیمی سبز چیست و چه اهمیتی در زندگی امروزه بشر دارد؟
شیمی سبز (Green chemistry) که شیمی پایدار نیز نامیده می شود بخشی از شیمی و مهندسی شیمی است که بر طراحی محصولات و فرآیندهایی متمرکز است که استفاده و تولید مواد خطرناک را به حداقل می رساند یا از بین می برد. شیمی سبز بر تأثیرات زیست محیطی شیمی ، از جمله کاهش مصرف منابع غیر قابل تجدید و رویکردهای فناوری برای جلوگیری از آلودگی متمرکز است .
شیمی سبز از ایده های موجود و تلاش های تحقیقاتی (مانند اقتصاد اتمی و تجزیه و تحلیل) در دوره منتهی به دهه ۱۹۹۰ ، در چارچوب توجه بیشتر به مشکلات آلودگی شیمیایی و کاهش منابع ، پدید آمده است. توسعه شیمی سبز در اروپا و ایالات متحده با تغییر در استراتژی های حل مسئله زیست محیطی مرتبط بوده است. اگر مایلید اطلاعات بیشتری در مورد شیمی سبز و کاربردهای آن کسب کنید در ادامه مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.
در ایالات متحده ، آژانس حفاظت از محیط زیست از طریق برنامه های پیشگیری از آلودگی ، بودجه و هماهنگی حرفه ای ، نقش اولیه قابل توجهی در پرورش شیمی سبز داشت. در همان زمان در انگلستان ، محققان دانشگاه به ایجاد شبکه شیمی سبز در انجمن شیمی سلطنتی و راه اندازی مجله سبز کمک کردند.
مزایای استفاده از شیمی سبز
شیمی سبز در کاهش تأثیر مواد شیمیایی بر سلامت انسان و محیط زیست موثر است. علاوه بر این ، بسیاری از شرکت ها دریافتند که دستیابی به اهداف زیست محیطی می تواند ارزان تر و حتی سودآور باشد. سود حاصل از کارایی بالاتر ، ضایعات کمتر ، کیفیت بهتر محصول و کاهش مسئولیت است. بسیاری از قوانین و مقررات زیست محیطی مواد شیمیایی خطرناک را هدف قرار می دهد و رعایت همه این الزامات می تواند پیچیده باشد. اما شیمی سبز به شرکت ها این امکان را می دهد که از راه های بسیار ساده و ارزانتری قانون را رعایت کنند. سرانجام ، شیمی سبز یک رویکرد بنیادی مبتنی بر علم است. پرداختن به مسئله خطر در سطح مولکولی ، می تواند برای انواع مسائل زیست محیطی اعمال شود.
از سال ۱۹۹۱ پیشرفت های زیادی در شیمی سبز ، هم در تحقیقات دانشگاهی و هم در اجرای صنعتی ، حاصل شده است. به عنوان مثال Spinosad یک حشره کش است که با تخمیر ارگانیسم های موجود در خاک به طور طبیعی تولید می شود و توسط EPA به عنوان یک حشره کش کم خطر ثبت شده است و به ۹۰ درصد از حشرات مفید آسیب نمی رساند.
این ترکیب از نظر سمیت خطر نسبتا کمی برای پستانداران و پرندگان دارد و برای ارگانیسم های آبی نسبتاً سمی است اما تا زمان خشک شدن برای زنبورهای عسل سمی است. در یک پیشبرد دیگر ، یک حلال تمیز کننده صنعتی ، لاکتات اتیل ساخته شده از نشاسته ذرت و روغن سویا در سال ۲۰۰۰ ثبت اختراع شد و با حلال های پتروشیمی قیمت رقابتی دارد. این ماده به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود و هیچ اثر مضر شناخته شده ای برای محیط زیست ، انسان و حیات وحش ندارد. با این حال ، این پیشرفت ها ، بخش بسیار کمی از کاربردهای بالقوه شیمی سبز را نشان می دهد.
از آنجا که محصولات و فرایندهایی که اساس اقتصاد و زیرساخت ها را تشکیل می دهند ، مبتنی بر طراحی و استفاده از مواد شیمیایی و مواد هستند ، چالش های پیش روی این حوزه بسیار زیاد است.
فواید شیمی سبز برای سلامتی انسان
هوای تمیزتر: انتشار کمتر مواد شیمیایی خطرناک به هوا منجر به آسیب کمتری به ریه ها می شود
آب تمیزتر: انتشار کمتر مواد زائد شیمیایی خطرناک به آب منجر به تمیزتر شدن آب آشامیدنی و تفریحی می شود
افزایش ایمنی برای کارگران در صنایع شیمیایی ؛ استفاده کمتر از مواد سمی ؛ تجهیزات محافظ شخصی کمتر مورد نیاز است. پتانسیل کمتری برای اتفاقات تصادفی (به عنوان مثال ، آتش سوزی یا انفجار) وجود دارد.
انواع کالاهای مصرفی ایمن تر: محصولات جدید و ایمن برای خرید در دسترس قرار می گیرند. برخی از محصولات (به عنوان مثال ، داروها) با ضایعات کمتری ساخته می شوند. برخی از محصولات (به عنوان مثال ، سموم دفع آفات ، محصولات تمیز کننده) جایگزین محصولات کم خطرتر می شوند.
غذای ایمن تر: از بین بردن مواد شیمیایی سمی مداوم که می توانند وارد زنجیره غذایی شوند. سموم دفع آفات امن تر که فقط برای آفات خاص سمی هستند و پس از استفاده به سرعت تخریب می شوند. بنابراین انسان کمتر در معرض مواد شیمیایی سمی که باعث برهم خوردن تعادل غدد درون ریز می شود، قرار می گیرد.
فواید شیمی سبز برای محیط زیست
بسیاری از مواد شیمیایی با رهاسازی عمدی در حین استفاده (به عنوان مثال ، سموم دفع آفات) ، با انتشار آزادانه ناخواسته (از جمله انتشار در حین تولید) یا با دفع در محیط به پایان می رسند. مواد شیمیایی سبز یا به محصولات بی ضرر تبدیل می شوند یا برای استفاده بیشتر بازیابی می شوند.
- گیاهان و حیوانات آسیب کمتری از مواد شیمیایی سمی در محیط می بینند
- پتانسیل کمتری برای گرم شدن کره زمین ، تخریب ازن و تشکیل دود و مه دود وجود دارد.
- اختلال شیمیایی کمتری در اکوسیستم ها رخ می دهد
- استفاده کمتر از محل دفن زباله ، به ویژه دفن زباله های خطرناک
اصول شیمی سبز
شیمی دانان و مهندسان شیمی که از شیمی سبز استفاده می کنند ، کل چرخه زندگی یک محصول یا فرآیند را از ریشه مواد مورد استفاده برای ساخت تا سرنوشت نهایی مواد پس از پایان عمر مفید آنها را بررسی می کنند. با استفاده از چنین رویکردی ، دانشمندان توانسته اند تأثیرات مواد شیمیایی مضر در محیط را کاهش دهند. تحقیق و توسعه در زمینه شیمی سبز در چندین زمینه مختلف اتفاق می افتد.
خوراک های جایگزین
از نظر تاریخی ، بسیاری از موادی که برای تولید محصولات استفاده می شوند غالباً از منابع محدود سمی یا تهی شونده مانند نفت است اما تحقیقات شیمی سبز در حال ایجاد روش هایی برای تولید محصولات از مواد تجدید پذیر و غیر خطرناک مانند گیاهان و زباله های کشاورزی است. به عنوان مثال ، سلولز و همی سلولز که تا هشتاد درصد زیست توده را تشکیل می دهند ، می توانند به قندها تجزیه شوند ، سپس به کالاهای شیمیایی مانند اتانول ، اسیدهای آلی ، گلیکول ها و آلدئیدها تخمیر شوند. تبدیل زیست توده به اتانول به دلیل داشتن دسته جدیدی از باکتریهای اصلاح شده ژنتیکی که قادر به تجزیه قندهای مختلف در همی سلولز هستند ، از نظر اقتصادی و فنی مقرون به صرفه است.
تولیدات بی خطر
روشهایی که برای ساخت مواد شیمیایی استفاده می شود روشهای مصنوعی نامیده می شوند و اغلب از مواد شیمیایی سمی مانند سیانور یا کلر استفاده می کنند .علاوه بر این ، این روش ها گاهاً مقادیر زیادی پسماند خطرناک ایجاد می کنند. تحقیقات شیمی سبز در حال توسعه روشهای جدید برای کارآیی بیشتر این روشهای مصنوعی و به حداقل رساندن ضایعات و در عین حال اطمینان از عدم خطرناک بودن مواد شیمیایی مورد استفاده و تولید شده توسط این روشها است.
به عنوان مثال ، تعدادی از صنایع مانند صنعت خمیر کاغذ و کاغذ ، از ترکیبات کلر در فرآیندهای تولید زباله های آلی کلر سمی استفاده می کنند. شیمیدانان سبز فناوری جدیدی را تولید کرده اند که با استفاده از نمک های اکسیژن ، آب و پلی اکسومتالات ، خمیر چوب را به کاغذ تبدیل می کند ، در حالی که فقط آب و دی اکسید کربن را به عنوان محصولات جانبی تولید می شود.
طراحی مواد شیمیایی ایمن تر
پس از اطمینان از اینکه مواد اولیه خوراکی و روش های مورد نیاز برای تولید ماده از نظر زیست محیطی بی خطر هستند ، اطمینان از غیر سمی بودن محصول نهایی مهم است. دانشمندان با درک آنچه باعث آسیب زدن به چیزی می شود (حوزه سم شناسی مولکولی) می توانند ساختار مولکولی را طوری طراحی کنند که خطرناک نباشد.
شیمی سبز تحلیلی
مدتهاست که شناسایی ، اندازه گیری و پایش مواد شیمیایی در محیط از طریق شیمی تحلیلی ابزاری برای حفاظت از محیط زیست بوده است. به جای اندازه گیری مشکلات زیست محیطی بعد از بروز آنها ، شیمی سبز به دنبال جلوگیری از تشکیل مواد سمی است و بنابراین از چنین مشکلاتی جلوگیری می کند. با استفاده از سنسورها و سایر ابزارها به عنوان بخشی از فرایندهای تولید صنعتی ، شیمی تحلیلی سبز قادر است مقدار کمی از ماده سمی را تشخیص داده و کنترل فرآیند را تنظیم کند تا تشکیل آن به حداقل برسد یا متوقف شود. بعلاوه ، اگرچه روشهای سنتی شیمی تحلیلی از موادی مانند حلال های خطرناک استفاده می کند ، روشهای تحلیلی سبز در حال توسعه هستند تا هنگام انجام تجزیه و تحلیل ، استفاده و تولید این مواد را به حداقل برسانند.
فواید اقتصادی شیمی سبز
- بازده بالاتر برای واکنش های شیمیایی ، مصرف مقادیر کمتری از مواد اولیه برای به دست آوردن همان مقدار محصول
- مراحل مصنوعی کمتر ، اغلب امکان تولید سریعتر محصولات ، افزایش ظرفیت گیاه و صرفه جویی در انرژی و آب را دارد
- کاهش ضایعات ، از بین بردن هزینه های اصلاح ، دفع زباله های خطرناک و تیمارهای انتهایی
- اجازه جایگزینی ماده اولیه خریداری شده توسط یک ماده زائد
- عملکرد بهتر به طوری که برای دستیابی به عملکرد مشابه به محصول کمتری نیاز است
- کاهش استفاده از فرآورده های نفتی ، کاهش سرعت تخلیه آنها و جلوگیری از خطرات و نوسانات قیمت آنها
- افزایش توان تولید کارخانه ها ، افزایش فروش و بهبود رقابت تولیدکنندگان مواد شیمیایی و مشتریان آنها
آینده شیمی سبز
امروزه تخریب پلاستیک از ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ سال به طول می انجامد و هر سال از چهار تا دوازده میلیون تن پلاستیک اضافی وارد اقیانوس ها می شود. پلی اتیلن یکی از این پلاستیک ها است که گاهی اوقات با نام PET شناخته می شود. پلاستیک به لطف وزن سبک و مقاوم آن در همه جا برای ساخت بطری های پلاستیکی آب ، کیسه های کاغذی ، بسته بندی پوسته صدف و سایر ظروف استفاده می شود. اما عیب این کیفیت مطلوب در زندگی مدرن این است که تخریب PET به دلیل ساختار مولکولی بسیار پایدار و انعطاف پذیری در برابر رطوبت (به هر حال برای ذخیره مایعات طراحی شده است) سخت است. خوشبختانه ، محققان در ژاپن میکروبی را کشف کردند که می تواند PET را تجزیه کند و همچنین آنزیم هایی را برای تحریک میکروب ها برای تجزیه سریعتر PET شناسایی کرده اند.
در همین حال ، در کالیفرنیا ، محققان استنفورد امیدوارند که وسیله ای برای تولیدکنندگان فراهم کنند تا از فرآیند های تولید نفت و ساخت پلاستیک دور شوند. امروزه بسیاری از پلاستیک ها از نوع نفتی هستند. محققان آزمایشگاهی اخیراً روش جدیدی برای ساخت پلاستیک از دی اکسید کربن و محصولات جانبی گیاهی مانند ضایعات کشاورزی یا مواد گیاهی غیر قابل استفاده مانند الیاف باقیمانده از آب گیری هویج ایجاد کرده اند.
شیمی سبز پایه مهمی برای اقتصاد خواهد بود زیرا استفاده بی رویه از منابع طبیعی یکی از اهداف اصلی آن است. برای یک فرد غیر علمی ، شیمی سبز ممکن است بسیار فنی باشد اما برای کسانی که مایل به سرمایه گذاری در آن هستند نیز می تواند بسیار سودآور باشد.
