1 Зелена хімія

1 ЗЕЛЕНА ХІМІЯ

Екологічні проблеми, з якими стикається людство, мають глобальну природу і характерні для всіх країн світу.

Плоди активної діяльності людини:

Зростання механічно витягується матеріалу земної кори внаслідок розробки родовищ.

Масове споживання (спалювання) продуктів фотосинтезу минулих геологічних епох (нафта, газ, вугілля).

Розсіювання енергії. а не її накопичення, що було характерно до появи людини ( «розігрів» великих міст та прилеглої до них території).

Поява і розсіювання в біосфері в масовій кількості речовин, раніше в ній відсутніх (ДДТ знайдений в печінці пінгвінів і тюленів а Антарктиді).

Виробництво і викиди його продуктів в атмосферу подвоюються кожні 12-15 років; розширюється склад викидаються речовин.

Залучення у виробництво хімічних елементів

деградація навколишнього природного середовища позначається на здоров'ї людини (більше 20% терріторііУкаіни знаходиться в критичному екологічному стані. Найбільш поширені фосфорорганічні пестициди фозалоном, метафосом).

Многіепроблеми, пов'язані з промисловими забрудненнями, відрізняються для окремих країн, імеютонісвою спеціфікуівУкаіни.

Відмінності визначаються переважно північним расположеніемУкаіни.

Половина терріторііУкаіни розташована в зоні вічної мерзлоти і за Полярним колом, причому ці місця багаті на корисні копалини: до 42% світових запасів газу і 13% нафти, а також 40% світових запасів нікелю і платини зосереджені в Арктичної зоні.

У цих районах побудовані найбільші металургійні підприємства (Норильськ, Кольський півострів), підприємства паперової промисловості (Архангельський целюлозно-паперовий комбінат) і ін.

Біологічне розкладання промислових відходів в Арктиці вкрай сповільнено, але ж природа Півночі набагато чутливіші до їх впливу в порівнянні з південної. Поетомуслепое запозичення західних технологи й разом із запропонованими оцінками екологічних рісковзачастую застосовується для українських умов.

Тому саме вУкаіни особливо гостро стоїть питання підготовки фахівців, відповідально відносяться до нашого єдиного дому - нашій країні.

Якщо сьогоднішні студенти і аспіранти - хіміки, технологи - глибоко усвідомлюють, що інший Землі у нас немає і не передбачається. ознайомляться з існуючими перспективами і вже виконаними розробками в галузі «зеленої» хімії, можна сподіватися, що вони візьмуться за розвиток даного напрямку, будуть послідовно домагатися зниження екологічних збитків від роботи промислових виробництв.

З'явиться шанс, що наші внуки і правнуки житимуть в умовах, придатних для життєдіяльності людини і будуть відносно здорові.

НАЗУСТРІЧ "ЗЕЛЕНОГО ЕКОНОМІЦІ": шлях до сталого розвитку та викорінення БІДНОСТІ

Так називається нова доповідь, підготовлений Програмою ООН з навколишнього середовища (ЮНЕП). У доповіді підкреслюється, що

стимулює економічний прогрес і

створює робочі місця,

при цьому знижуючи ризики від таких глобальних загроз, як зміна клімату, втрата екосистемних послуг і дефіцит водних ресурсів.

Синтез слід планувати так, щоб максимальна кількість використаних матеріаловвошлі в кінцевий продукт.

Традиційна органічна хімія передбачає багатостадійні процеси, в результаті яких з вихідних речовин виходять продукти.

Але схеми і механізми реакцій, які підходять для лабораторії, абсолютно не годяться для великотоннажних процесів.

Якщо на кожній стадії реакція йде з виходом, далеким від 100%, то при перенесенні на великий масштаб разом з потрібним продуктом виходять величезні кількості непотрібних речовин.

У ланцюжку реакцій використовують допоміжні речовини, часто після кислотної або лужної нейтралізації утворюються неорганічні солі (хлорид натрію, сульфат натрію, сульфат амонію). Що стосується втрат. то в багатоступеневих процесах вони бувають вище, ніж кінцевий вихід продукту.

Цю проблему хімічних і фармацевтичних виробництв частково допомагають вирішити

каталізатори. які істотно зменшують вихід небажаних побічних продуктів;

нові хімічні реакції.

Слід планувати методи синтезу так, щоб реагентами і кінцевими продуктами служили речовини, які малотоксични або зовсім нетоксичні для людини і природи.

Серед цільових хімічних продуктів слід вибирати такі, які поряд з необхідними властивостями володіють максимально низькою токсичністю.

В даний час каустичну соду отримують електролізом хлориду натрію у водному розчині по реакції

NaCl + H2 O + е (С, Hg, Ti) = NaOH + Cl2.

де е означає електрод з відповідного матеріалу.

Луги потрібно багато, а хлор є побічним продуктом цього процесу. Для утилізації цього надлишкового хлору вченими були розроблені багато процесів хлорного промисловості.

Але ж існують і безхлорні методи виробництва каустику. Їх розробка дозволить уникнути надлишкового виділення хлору іначать заменумногіх одержуваних на його основепродуктовдругімі, більш екологічними.

Наприклад, одним з великотоннажних продуктів, вироблених в промисловості, є полівінілхлоридний пластик (ПВХ), в даний час він активно використовується для виробництва товарів народного споживання (вікна, лінолеум, іграшки та ін.).

ПВХ має високі споживчі властивості -інші, легко формується, стійкий в умовах температур навколишнього середовища.

Сироп стане універсальним сировиною для ферментаційної, а потім і хімічної промисловості. Вже сьогодні 60% солодощів. що їдять американці (а солодкого вони їдять багато) зроблені на глюкозо-фруктозний сиропі. отримується при переробці кукурудзяного крохмалю. (В сучасній Кока-колі, Пепсі-колі вже чистого цукру немає.)

Хорошим джерелом цукрів можуть бути відсортовані побутові відходи (до 60% за вагою становить целюлоза і лігноцелюлоза).

З цукрів за допомогою ферментів отримуватимуть різні кислоти - щавлеву, молочну, лимонну, етаконовую, яблучну та інші, а з цих кислот - величезна кількість напівпродуктів для хімічної індустрії:

Якщо відняти воду від молочної кислоти, то виходить акрилова кислота. А з неї вже можна зробити тетра-гідрофуран, ацетальдегід, етиленгліколь, пропандіол.

Структура регіонального споживання молочної кислоти

Сьогодні в США запущена біотехнологія отримання молочної кислоти з конверсією, близькою до теоретичної. з кілограма глюкози - кілограм молочної кислоти. Така кислота дешева, тому з неї почали робити полімер, полілактат.

Він хороший тим, що безслідно розкладається в природі. причому досить швидко, за два-три тижні. Раніше нікому і в голову не приходило робити з молочної кислоти полімер, аж надто дороге задоволення. А тепер біодеградіруемие полілактат поступово замінить поліетилен і поліпропілен в упаковці

Виробництво спирту з зерна - це "зелена хімія". У світі так роблять 13 млн. Тонн паливного спирту (в США близько 5 млн. Тонн). Вартість близько 350 доларів за тонну. Сьогодні виробництво спирту з етилену припинено у всіх країнах, так як це дорожче. Виробництво паливного спирту в США буде ранок протягом 5 років.

Якщо спирт біотехнологічний подешевшає ще в 2 рази. то з нього будуть робити етилен і поліетилен.

З бензину буде видалений метилтретбутиловий ефір і весь замінений на спирт.

Необхідно скорочувати число стадій процесу (для цього уникати при синтезі стадій блокування груп, введення-зняття захисту, тимчасової модифікації фізико-хімічних процесів).

Повнота використання вихідної речовини називається атомної ефективністю (АЕ), і цей показник можна використовувати як міру "зелёності" хімічного виробництва:

АЕ = Кількість атомів в продукті × 100% / Кількість атомів у вихідних речовинах.

Природно, процес в одну стадію А + В = С (наприклад, полімеризація етилену) набагато ефективніше, ніж А + В = С (потрібний продукт) + D (побічний продукт).

Ідею атомної ефективності Р. Шелдон висловлював через Е-фактор, який показує кількість втрат на кілограм продукту