Понятие "зеленая химия" относится к разработке химических продуктов и процессов, сокращающих или устраняющих образование и применение опасных веществ. Практическое применение "зеленой химии" началось в Соединенных Штатах после принятия Закона о предотвращении загрязнения окружающей среды 1990 года, в котором определяется национальная политика предотвращения или сокращения масштабов загрязнения окружающей среды, начиная с источника везде, где это можно сделать. В этом законе также предусматривается способ, позволяющий выходить за рамки традиционных программ Агентства США по охране окружающей среды (ЭПА) и создавать новаторские стратегии защиты здоровья человека и окружающей среды. В соответствии с упомянутым законом, сокращение масштабов загрязнения "в зародыше" "принципиально отличается от всех других подходов и является более желательным, чем управление ликвидацией отходов, отведением и очисткой сточных вод и борьбой с загрязнением".
После принятия данного закона Управление ЭПА по предотвращению загрязнения и токсическим веществам приступило к изучению идеи совершенствования химических продуктов и процессов с тем, чтобы сделать их менее опасными. В 1991 году Управление разработало экспериментальную программу, которая впервые предоставила гранты на разработку научно-исследовательских проектов, включающих в себя предотвращение загрязнения в синтезе химикатов. С тех пор в рамках Программы "зеленой" химии (http://www.epa.gov/greenchemistry) в структуре ЭПА было налажено сотрудничество с академическими, промышленными и правительственными учреждениями и неправительственными организациями для того, чтобы с помощью "зеленой химии" предотвратить загрязнение.
"Зеленая" химия в действии
Химическое производство является источником многих полезных продуктов. В их число входят антибиотики и другие медикаменты, пластмасса, бензин и другие виды топлива, ядохимикаты, такие как удобрения и пестициды, и синтетические ткани, такие как нейлон, искусственный шелк и полиэстр. Эти продукты имеют большое значение, но некоторые из химикатов и процессов, применяемых для изготовления упомянутых продуктов, делают их вредными для окружающей среды и здоровья человека. "Зеленая" химия нацелена на сокращение масштабов загрязнения, прежде всего, путем его предотвращения.
При разработке той или иной химической реакции, в соответствии с принципами этой отрасли знания, химики уделяют пристальное внимание тому, что известно о вреде, который потенциально может быть нанесен здоровью или окружающей среде конкретным химикатом, еще до использования его в реакции или процессе для создания какого-нибудь продукта. Иными словами, химики относятся к опасности, представляемой тем или иным веществом, как к свойству, которое необходимо рассматривать наряду с другими химическими или физическими характеристиками, и при этом выбирать вещества, причиняющие минимальный вред.
В своей опубликованной в 1998 году книге "Зеленая химия: теория и практика" (Издательство "Оксфорд юниверсити пресс") Пол Анастас и Джон Уорнер разработали 12 принципов, дающих химикам своего рода дорожную карту применения "зеленой" химии на практике. Ниже приводятся четыре из этих принципов.
1. Приступая к делу, позаботьтесь с самого начала о безопасности: определите реакции, в которых для изготовления желаемого продукта будут использоваться безопасные исходные материалы.
Это сводит к минимуму опасность для рабочих на заводах-изготовителях при обращении с химикатами, и не допускает случайного выброса вредных химикатов в результате утечек или взрывов. Один из новых способов изготовления важного промышленного химического продукта - адипиновой кислоты - является наглядной иллюстрацией данного принципа.
Почти 2 миллиарда килограммов адипиновой кислоты необходимо иметь в наличии каждый год для изготовления нейлона, полиуретана, смазочных материалов и пластификаторов. При обычном способе изготовления адипиновой кислоты в качестве исходного материала применяется бензол, способный вызвать рак. В одном из недавно разработанных процессов с использованием генетически модифицированных бактерий-биокатализаторов бензол заменяется простой сахарной глюкозой.
Использование такого безопасного исходного материала, как глюкоза для изготовления адипиновой кислоты означает, что можно обходиться без больших количеств того или иного вредного химического продукта, если такие новые процессы, как этот, находят широкое применение.
2. Используйте возобновляемые ресурсы: делайте больший акцент на возобновляемые исходные материалы, такие как вещества, получаемые из растений, а не нефть и природный газ, запасы которых нельзя восстановить.
Глюкозу, упомянутую в вышеприведенном примере в качестве исходного материала, можно получать из кукурузного крахмала или целлюлозы, которая присутствуют в растительных материалах. Даже початки кукурузы и маиса, стебли растений и опавшие листья могут давать глюкозу. В другом примере, кукурузный крахмал использовался для изготовления небольших бумажных катышков, которые применяются в качестве упаковочного материала, предохраняющего предметы, перевозимые в контейнерах. Этими катышками можно заменять упаковочные материалы, изготавливаемые из химических продуктов на нефтяной основе.
3. Находите более безопасные растворители: избегайте применения токсических растворителей для растворения материалов, участвующих в реакции.
Растворители представляют собой материалы, способные растворять другие вещества. Многие растворы, применяемые в промышленности в больших количествах, наносят вред здоровью и могут создавать другие угрозы, такие как взрывы и пожары. Широко используемые растворы, представляющие опасность для здоровья, включают в себя четыреххлористый углерод, хлороформ и тетрахлорэтилен.
Порой имеется возможность замены опасных растворителей на более безопасные, такие как вода или углекислота. Например, недавно были разработаны новые процессы сухой чистки одежды, позволяющие растворять жир и грязь с помощью углекислоты, вместо применения токсического химиката тетрахлорэтилена.
4. Экономьте на мельчайших частицах: разрабатывайте реакции, в которых большинство мельчайших частиц или все мельчайшие частицы, с которым вы начинаете работать, в конечном счете, попадают в изготовленный продукт, вместо того, чтобы оказываться в составляющих отходы побочных продуктах.
Автором этой концепции является химик Стэнфордского университета Барри Трост. Он называет ее экономикой мельчайших частиц. Примером данного принципа является один из усовершенствованных процессов, разработанный в 1991 году для изготовления болеутоляющего средства под названием ибупрофен - активного компонента таких широко известных фирменных лекарственных препаратов, как мотрин, эдвил, туприн и медипрен.
В первоначальном шестиступенчатом процессе, разработанном в шестидесятых годах прошлого века, только 40 процентов мельчайших частиц-реагентов оставались в конечном продукте (ибупрофене), а 60 процентов оказывались ненужными побочными продуктами или отходами. Новый процесс Троста является трехступенчатым, и 77 процентов мельчайших частиц-реагентов остаются в ибупрофене. Этот "зеленый" процесс ежегодно устраняет сотни тысяч килограммов побочных химических продуктов и сокращает на сотни тысяч килограммов расходование реагентов, необходимое для получения ибупрофена.
Обращение внимания на эти принципы способствует охране окружающей среды и, в конечном счете, может сэкономить компаниям деньги путем снижения затрат на контроль над загрязнением и использования меньшего количества энергии.
