Grüne LösungsmittelEdit
Die Hauptanwendung von Lösemitteln bei menschlichen Aktivitäten sind Farben und Beschichtungen (46 % des Verbrauchs). In geringerem Umfang werden sie auch zum Reinigen, Entfetten, für Klebstoffe und in der chemischen Synthese verwendet. Herkömmliche Lösungsmittel sind oft giftig oder chloriert. Grüne Lösungsmittel hingegen sind im Allgemeinen weniger schädlich für Gesundheit und Umwelt und vorzugsweise nachhaltiger. Idealerweise werden Lösungsmittel aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen und biologisch zu einem unschädlichen, oft natürlich vorkommenden Produkt abgebaut. Die Herstellung von Lösungsmitteln aus Biomasse kann jedoch umweltschädlicher sein als die Herstellung der gleichen Lösungsmittel aus fossilen Brennstoffen. Bei der Auswahl eines Lösungsmittels für ein Produkt oder einen Prozess müssen daher die Umweltauswirkungen der Lösungsmittelherstellung berücksichtigt werden. Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist der Verbleib des Lösungsmittels nach seiner Verwendung. Wenn das Lösungsmittel in einem geschlossenen Raum verwendet wird, in dem es gesammelt und recycelt werden kann, sollten die mit dem Recycling verbundenen Energiekosten und Umweltschäden berücksichtigt werden; in einer solchen Situation ist Wasser, dessen Reinigung energieintensiv ist, möglicherweise nicht die umweltfreundlichste Wahl. Andererseits wird ein in einem Verbraucherprodukt enthaltenes Lösungsmittel bei der Verwendung wahrscheinlich in die Umwelt freigesetzt, und daher sind die Umweltauswirkungen des Lösungsmittels selbst wichtiger als die Energiekosten und die Auswirkungen des Lösungsmittelrecyclings; in einem solchen Fall ist Wasser sehr wahrscheinlich eine grüne Wahl. Kurz gesagt, die Auswirkungen der gesamten Lebensdauer des Lösungsmittels, von der Wiege bis zur Bahre (oder von der Wiege bis zur Wiege, wenn es recycelt wird) müssen berücksichtigt werden. Die umfassendste Definition eines umweltfreundlichen Lösungsmittels lautet daher wie folgt: „Ein grünes Lösungsmittel ist das Lösungsmittel, das ein Produkt oder einen Prozess über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg am wenigsten umweltbelastend macht“
Dieser Definition zufolge kann ein Lösungsmittel für eine Anwendung grün sein (weil es die Umwelt weniger belastet als jedes andere Lösungsmittel, das für diese Anwendung verwendet werden könnte), für eine andere Anwendung jedoch kein grünes Lösungsmittel sein. Ein klassisches Beispiel ist Wasser, das ein sehr umweltfreundliches Lösungsmittel für Verbraucherprodukte wie Toilettenreiniger ist, aber kein umweltfreundliches Lösungsmittel für die Herstellung von Polytetrafluorethylen. Bei der Herstellung dieses Polymers erfordert die Verwendung von Wasser als Lösungsmittel die Zugabe von perfluorierten Tensiden, die sehr persistent sind. Stattdessen scheint superkritisches Kohlendioxid das umweltfreundlichste Lösungsmittel für diese Anwendung zu sein, da es ohne jegliche Tenside auskommt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass kein Lösungsmittel als „grünes Lösungsmittel“ deklariert werden kann, es sei denn, die Deklaration ist auf eine bestimmte Anwendung beschränkt.
Synthetische TechnikenBearbeiten
Neue oder verbesserte synthetische Techniken können oft eine bessere Umweltleistung oder eine bessere Einhaltung der Grundsätze der grünen Chemie ermöglichen. So wurde beispielsweise der Nobelpreis für Chemie 2005 an Yves Chauvin, Robert H. Grubbs und Richard R. Schrock für die Entwicklung der Metathese-Methode in der organischen Synthese verliehen, wobei ausdrücklich auf ihren Beitrag zur grünen Chemie und zur „intelligenteren Produktion“ hingewiesen wurde. In einem Bericht aus dem Jahr 2005 wurden drei wichtige Entwicklungen der grünen Chemie im Bereich der organischen Synthese genannt: die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid als grünes Lösungsmittel, wässriges Wasserstoffperoxid für saubere Oxidationen und die Verwendung von Wasserstoff in der asymmetrischen Synthese. Weitere Beispiele für angewandte grüne Chemie sind die Oxidation mit überkritischem Wasser, Reaktionen auf Wasser und Reaktionen in trockenen Medien.
Bioengineering wird ebenfalls als vielversprechende Technik zur Erreichung der Ziele der grünen Chemie angesehen. Eine Reihe wichtiger Prozesschemikalien kann in künstlich hergestellten Organismen synthetisiert werden, z. B. Shikimat, ein Vorläufer von Tamiflu, der von Roche in Bakterien fermentiert wird. Die Click-Chemie wird oft als eine Art der chemischen Synthese angeführt, die mit den Zielen der grünen Chemie vereinbar ist. Das Konzept der „grünen Pharmazie“ wurde kürzlich auf der Grundlage ähnlicher Prinzipien formuliert.
Kohlendioxid als TreibmittelBearbeiten
Im Jahr 1996 erhielt Dow Chemical die Auszeichnung „Greener Reaction Conditions 1996“ für sein 100%iges Kohlendioxid-Treibmittel für die Herstellung von Polystyrolschaum. Polystyrolschaum ist ein häufig verwendetes Material für Verpackungen und den Transport von Lebensmitteln. Allein in den Vereinigten Staaten werden jedes Jahr 700 Millionen Pfund produziert. Traditionell wurden bei der Herstellung der Schaumstoffplatten FCKW und andere ozonabbauende Chemikalien verwendet, die eine ernste Gefahr für die Umwelt darstellen. Als Ersatz für FCKW wurden auch entflammbare, explosive und in einigen Fällen giftige Kohlenwasserstoffe verwendet, die jedoch ihre eigenen Probleme mit sich bringen. Dow Chemical entdeckte, dass superkritisches Kohlendioxid ebenso gut als Treibmittel funktioniert, ohne dass gefährliche Stoffe benötigt werden, so dass das Polystyrol leichter recycelt werden kann. Das für den Prozess verwendete CO2 wird aus anderen Industrien wiederverwendet, so dass der durch den Prozess freigesetzte Nettokohlenstoff gleich Null ist.
HydrazinBearbeiten
Grundsatz Nr. 2 ist das Peroxidverfahren zur Herstellung von Hydrazin ohne gleichzeitige Erzeugung von Salz. Hydrazin wird traditionell nach dem Olin-Raschig-Verfahren aus Natriumhypochlorit (dem Wirkstoff in vielen Bleichmitteln) und Ammoniak hergestellt. Bei der Nettoreaktion entsteht für jedes Äquivalent des Zielprodukts Hydrazin ein Äquivalent Natriumchlorid:
NaOCl + 2 NH3 → H2N-NH2 + NaCl + H2O
Beim Greener-Peroxide-Verfahren wird Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel eingesetzt, und das Nebenprodukt ist Wasser. Die Nettoumwandlung ist wie folgt:
2 NH3 + H2O2 → H2N-NH2 + 2 H2O
Grundsatz 4: Dieses Verfahren kommt ohne zusätzliche Extraktionslösungsmittel aus. Methylethylketon wird als Träger für das Hydrazin verwendet, die Ketazin-Zwischenphase trennt sich von der Reaktionsmischung, was die Aufarbeitung ohne extrahierende Lösungsmittel erleichtert.
1,3-PropandiolBearbeiten
Prinzip Nr. 7 ist ein umweltfreundlicher Weg zu 1,3-Propandiol, das traditionell aus petrochemischen Grundstoffen hergestellt wird. Es kann aus erneuerbaren Ausgangsstoffen durch die Bioseparation von 1,3-Propandiol mit Hilfe eines genetisch veränderten E. coli-Stamms hergestellt werden. Dieses Diol wird zur Herstellung neuer Polyester für die Teppichherstellung verwendet.
LactidEdit
Im Jahr 2002 gewann Cargill Dow (jetzt NatureWorks) den Greener Reaction Conditions Award für ihre verbesserte Methode zur Polymerisation von Polymilchsäure . Leider schneiden Polymere auf Laktidbasis nicht gut ab, und das Projekt wurde von Dow bald nach der Auszeichnung eingestellt. Milchsäure wird durch die Vergärung von Mais hergestellt und durch eine effiziente, zinnkatalysierte Cyclisierung in Lactid, den cyclischen Dimerester der Milchsäure, umgewandelt. Das L,L-Lactid-Enantiomer wird durch Destillation isoliert und in der Schmelze zu einem kristallisierbaren Polymer polymerisiert, das unter anderem für Textilien und Bekleidung, Besteck und Lebensmittelverpackungen verwendet wird. Wal-Mart hat angekündigt, dass es PLA für seine Lebensmittelverpackungen verwendet bzw. verwenden wird. Das PLA-Verfahren von NatureWorks ersetzt Erdöl durch erneuerbare Materialien, erfordert keine Verwendung gefährlicher organischer Lösungsmittel, wie sie bei anderen PLA-Verfahren üblich sind, und führt zu einem hochwertigen Polymer, das recycelbar und kompostierbar ist.
TeppichfliesenrückseitenBearbeiten
2003 wählte Shaw Industries eine Kombination von Polyolefinharzen als Basispolymer für EcoWorx aufgrund der geringen Toxizität der Ausgangsstoffe, der hervorragenden Hafteigenschaften, der Dimensionsstabilität und der Recyclingfähigkeit aus. Die EcoWorx-Mischung musste auch so konzipiert sein, dass sie mit Nylon-Teppichfasern kompatibel ist. Obwohl EcoWorx aus jeder Faserart wiedergewonnen werden kann, bietet Nylon-6 einen erheblichen Vorteil. Polyolefine sind mit den bekannten Depolymerisationsverfahren für Nylon-6 kompatibel. PVC stört diese Verfahren. Die Chemie von Nylon-6 ist bekannt und wurde in der ersten Generation der Produktion nicht berücksichtigt. EcoWorx erfüllte von Anfang an alle Konstruktionskriterien, die erforderlich waren, um die Anforderungen des Marktes in Bezug auf Leistung, Gesundheit und Umwelt zu erfüllen. Untersuchungen ergaben, dass die Trennung von Fasern und Trägermaterial durch Schlämmen, Mahlen und Luftzerlegung die beste Methode zur Rückgewinnung der Ober- und Trägermaterialkomponenten war, aber eine Infrastruktur für die Rückführung von EcoWorx aus Altpapier in den Schlämmprozess war notwendig. Untersuchungen ergaben auch, dass die gebrauchten Teppichfliesen am Ende ihrer Nutzungsdauer einen positiven wirtschaftlichen Wert haben. EcoWorx ist von MBDC als zertifiziertes Cradle-to-Cradle-Design anerkannt.
Umesterung von FettenEdit
Im Jahr 2005 gewannen Archer Daniels Midland (ADM) und Novozymes den Greener Synthetic Pathways Award für ihren Enzymumesterungsprozess. Als Reaktion auf die von der US-Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde (FDA) bis zum 1. Januar 2006 vorgeschriebene Kennzeichnung von Transfetten auf Nährwertangaben arbeiteten Novozymes und ADM zusammen, um ein sauberes enzymatisches Verfahren zur Umesterung von Ölen und Fetten durch Austausch von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren zu entwickeln. Das Ergebnis sind kommerziell nutzbare Produkte ohne Transfette. Neben den gesundheitlichen Vorteilen, die sich aus dem Verzicht auf Transfette ergeben, hat das Verfahren den Einsatz von giftigen Chemikalien und Wasser reduziert, große Mengen an Nebenprodukten vermieden und die Menge an verschwendeten Fetten und Ölen verringert.
Bio-BernsteinsäureEdit
Im Jahr 2011 ging der Outstanding Green Chemistry Accomplishments by a Small Business Award an BioAmber Inc. für die integrierte Produktion und nachgeschaltete Anwendungen von biobasierter Bernsteinsäure. Bernsteinsäure ist eine Plattformchemikalie, die ein wichtiger Ausgangsstoff für die Formulierung von Produkten des täglichen Lebens ist. Traditionell wird Bernsteinsäure aus erdölbasierten Rohstoffen hergestellt. BioAmber hat ein Verfahren und eine Technologie entwickelt, die Bernsteinsäure aus der Fermentation von erneuerbaren Rohstoffen zu geringeren Kosten und mit geringerem Energieaufwand als das Erdöläquivalent herstellt und gleichzeitig CO2 bindet, anstatt es auszustoßen. Die niedrigeren Ölpreise haben das Unternehmen jedoch in den Konkurs getrieben, und Bernsteinsäure aus biologischem Anbau wird heute kaum noch hergestellt.
LaborchemikalienBearbeiten
Einige Laborchemikalien sind aus Sicht der Grünen Chemie umstritten. Das Massachusetts Institute of Technology hat einen Assistenten für „grüne“ Alternativen entwickelt, der dabei helfen soll, Alternativen zu finden. Ethidiumbromid, Xylol, Quecksilber und Formaldehyd wurden als „schlimmste Übeltäter“ identifiziert, für die es Alternativen gibt. Insbesondere Lösungsmittel tragen in hohem Maße zu den Umweltauswirkungen der chemischen Produktion bei, und man konzentriert sich zunehmend auf die Einführung umweltfreundlicherer Lösungsmittel in der frühesten Entwicklungsphase dieser Prozesse: Reaktions- und Reinigungsmethoden im Labormaßstab. In der pharmazeutischen Industrie haben sowohl GSK als auch Pfizer Leitfäden zur Auswahl von Lösungsmitteln für ihre Chemiker in der Arzneimittelforschung veröffentlicht.