Zelená chemie
Zelená chemie, nazývaná také udržitelná chemie nebo prasinochemie (z řeckého prasinos = zelený a chymie = chemie), je oblast chemie a chemického inženýrství zaměřená na navrhování produktů a procesů, které minimalizují nebo vylučují použití a tvorbu nebezpečných látek.[1] Zatímco chemie životního prostředí se zaměřuje na účinky znečišťujících chemikálií na přírodu, zelená chemie se zaměřuje na celkový environmentální dopad chemie. Řeší i spotřebu energie a surovin, rizika pro pracovníky nebo pravděpodobnost nehod v chemických procesech a výrobách. Cílem zelené chemie je nalézat postupy, jak udělat chemickou praxi hospodárnější a bezpečnější.
Historie
Zelená chemie se formovala během dvacátého století v průmyslových zemích (především v USA a Evropě) v důsledku zhoršujícího se stavu životního prostředí a nutnosti hospodárnějšího využívání zdrojů. Její rozkvět nastal především v osmdesátých letech, kdy se v zemích OECD a obzvlášť ve Spojených státech měnila strategie ochrany životních prostředí - začal se klást důraz na prevenci vzniku odpadů a na inovace technologií tak, aby méně zatěžovaly životní prostředí. V tomto období vznikala řada iniciativ, které podporovaly spolupráci průmyslu, vládních orgánů a akademické sféry ve výzkumu udržitelnějších technologií a jejich zavádění do praxe.[2] Roku 1999 vyšlo první číslo časopisu Green Chemistry, prvního vědeckého periodika zaměřeného na zelenou chemii.[3]
Principy
V roce 1998 zveřejnili Paul Anastas a John Warner dvanáct principů, které definují zelenou chemii:[4][5]
- Prevence. Předcházet vzniku odpadů je lepší než je zpracovávat a likvidovat.
- Atomová ekonomie. Syntézy by se měly plánovat tak, aby konečný produkt obsahoval maximum atomů z výchozích látek.
- Bezpečnější chemické syntézy. Syntetické metody by neměly využívat ani generovat látky, které škodí lidskému zdraví nebo životnímu prostředí.
- Bezpečnější chemikálie. Výsledkem chemické výroby má být produkt, který splní očekávanou funkci a zároveň bude co nejméně toxický.
- Bezpečnější rozpouštědla a činidla. Použití rozpouštědel a pomocných látek by se mělo co nejvíce omezit. Pokud jsou nutné, měly by být co nejbezpečnější.
- Energetická účinnost. Procesy by měly být navrženy tak, aby spotřebovávaly co nejméně energie.
- Využívání obnovitelných zdrojů. Suroviny by měly být z obnovitelných zdrojů, pokud to je technicky a ekonomicky možné.
- Omezení derivátů. Kroky jako chránění/odchránění nebo dočasná derivatizace by se měly omezit na minimum, protože spotřebovávají další reaktanty a můžou produkovat odpady.
- Katalýza. Katalyzátory jsou vhodnější než reaktanty ve stechiometrickém množství.
- Degradovatelnost. Produkty by měly být navrženy tak, aby se nehromadily v životním prostředí. Po použití by se měly rozložit na neškodné látky.
- Průběžná analýza jako prevence znečištění. Proces by měl být monitorován a řízen tak, aby nevznikaly nežádoucí vedlejší produkty.
- Prevence nehod. Sloučeniny použité v procesu a jejich forma by měly být zvoleny tak, aby se minimalizovala rizika úniků, požárů a explozí.
Metriky
Chemické postupy lze typicky realizovat řadou způsobů, z nichž žádný nesplňuje principy zelené chemie úplně. Pro účely srovnávání je proto potřeba „zelenost“ nějak kvantifikovat. K tomu byla vytvořena řada metrik,[6] jako například:
- Atomová efektivita je poměr molekulové hmotnosti produktu k součtu molekulových hmotností všech reaktantů. Tato metrika je výhodná např. pro předběžné srovnávání různých syntetických postupů, protože nevyžaduje žádná experimentální data. Její nevýhodou je, že zanedbává výtěžky reakcí, toxicitu činidel a energetickou náročnost.
- E-faktor (environmentální faktor) je poměr hmotnosti produktu vůči hmotnosti všech odpadů, které vznikly při jeho výrobě. Tato metrika umožňuje rychlé a jednoduché hodnocení materiálové efektivity, pokud jsou dostupná experimentální data. Zanedbává ale toxikologické a bezpečnostní aspekty.
- Eko-škála je index pro zjištění efektivity a environmentální zátěže. Oproti výše zmíněným metrikám je komplexnější, zahrnuje např. i hodnocení toxicity a energetické náročnosti. Hodnocení podle eko-škály může nabývat hodnot mezi 0 a 100, kde 0 je naprosto nevyhovující postup a 100 je dokonale zelený postup. Počítá se tak, že se od stovky odečítají tzv. trestné body podle dané metodiky.[7] Nevýhodou eko-škály je, že přiřazení některých trestných bodů je nejednoznačné a může být ovlivněno subjektivním vnímáním hodnotitele.
Odkazy
Reference
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Green chemistry na anglické Wikipedii.
- US EPA, OCSPP. Green Chemistry. US EPA [online]. 2013-01-24 [cit. 2021-02-06]. Dostupné online. (anglicky)
- LINTHORST, J. A. An overview: origins and development of green chemistry. Foundations of Chemistry. 2010-04-01, roč. 12, čís. 1, s. 55–68. Dostupné online [cit. 2021-02-06]. ISSN 1572-8463. DOI 10.1007/s10698-009-9079-4. (anglicky)
- Green Chemistry. Royal Society of Chemistry [online]. [cit. 2021-02-06]. Dostupné online. (anglicky)
- ANASTAS, P.T.; WARNER, J.C. Green Chemistry: Theory and Practice. New York: Oxford University Press, 1998. Dostupné online.
- 12 Principles of Green Chemistry. American Chemical Society [online]. [cit. 2021-02-06]. Dostupné online. (anglicky)
- ŠIMBERA, Jan. Aplikace přístupů Zelené chemie na vybrané syntézy pro chemický průmysl [online]. Brno, 2010 [cit. 2021-02-27]. Dostupné z: <https://is.muni.cz/th/rdfgo/>. Disertační práce. Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta. Vedoucí práce Pavel Pazdera.
- VAN AKEN, Koen; STREKOWSKI, Lucjan; PATINY, Luc. EcoScale, a semi-quantitative tool to select an organic preparation based on economical and ecological parameters. Beilstein Journal of Organic Chemistry. 2006-03-03, roč. 2. Dostupné online [cit. 2021-02-27]. ISSN 1860-5397. DOI 10.1186/1860-5397-2-3. PMID 16542013. (anglicky)