Vihreät liuottimetEdit
Liuottimien pääasiallinen käyttökohde ihmisen toiminnassa on maalit ja pinnoitteet (46 % käytöstä). Pienempiä käyttökohteita ovat puhdistus, rasvanpoisto, liimat ja kemiallinen synteesi. Perinteiset liuottimet ovat usein myrkyllisiä tai kloorattuja. Vihreät liuottimet sen sijaan ovat yleensä vähemmän haitallisia terveydelle ja ympäristölle ja mieluiten kestävämpiä. Ihannetapauksessa liuottimet ovat peräisin uusiutuvista luonnonvaroista ja hajoavat biologisesti vaarattomiksi, usein luonnossa esiintyviksi tuotteiksi. Liuottimien valmistus biomassasta voi kuitenkin olla ympäristölle haitallisempaa kuin samojen liuottimien valmistus fossiilisista polttoaineista. Näin ollen liuottimen valmistuksen ympäristövaikutukset on otettava huomioon, kun liuotinta valitaan tuotetta tai prosessia varten. Toinen huomioon otettava tekijä on liuottimen kohtalo käytön jälkeen. Jos liuotinta käytetään suljetussa tilassa, jossa liuottimen kerääminen ja kierrättäminen on mahdollista, on otettava huomioon kierrätykseen liittyvät energiakustannukset ja ympäristöhaitat; tällaisessa tilanteessa vesi, jonka puhdistaminen on energiaintensiivistä, ei välttämättä ole ympäristöystävällisin valinta. Toisaalta kulutustuotteen sisältämä liuotin vapautuu todennäköisesti ympäristöön sen käytön yhteydessä, ja siksi itse liuottimen ympäristövaikutukset ovat tärkeämpiä kuin liuottimen kierrätyksen energiakustannukset ja -vaikutukset; tällaisessa tapauksessa vesi on hyvin todennäköisesti vihreä valinta. Lyhyesti sanottuna on otettava huomioon liuottimen koko elinkaaren vaikutus kehdosta hautaan (tai kehdosta kehtoon, jos se kierrätetään). Ympäristöystävällisen liuottimen kattavin määritelmä on siis seuraava: ”Vihreä liuotin on liuotin, joka saa aikaan sen, että tuotteella tai prosessilla on vähiten ympäristövaikutuksia koko elinkaarensa aikana.”
Määritelmän mukaan liuotin voi siis olla vihreä yhdessä sovelluksessa (koska se aiheuttaa vähemmän haittaa ympäristölle kuin mikään muu liuotin, jota voitaisiin käyttää kyseisessä sovelluksessa), mutta se ei ole vihreä liuotin toisessa sovelluksessa. Klassinen esimerkki on vesi, joka on erittäin ympäristöystävällinen liuotin kuluttajatuotteissa, kuten WC-astian puhdistusaineessa, mutta ei ole ympäristöystävällinen liuotin polytetrafluorieteenin valmistuksessa. Kyseisen polymeerin valmistuksessa veden käyttö liuottimena edellyttää perfluorattujen pinta-aktiivisten aineiden lisäämistä, jotka ovat erittäin pysyviä. Sen sijaan ylikriittinen hiilidioksidi näyttää olevan ympäristöystävällisin liuotin tähän sovellukseen, koska se toimii hyvin ilman pinta-aktiivisia aineita. Yhteenvetona voidaan todeta, että mitään liuotinta ei voida julistaa ”vihreäksi liuottimeksi”, ellei julistusta rajoiteta tiettyyn sovellukseen.
Synteettiset tekniikat Muokkaa
Uudet tai parannetut synteettiset tekniikat voivat usein parantaa ympäristönsuojelun tasoa tai mahdollistaa vihreän kemian periaatteiden paremman noudattamisen. Esimerkiksi vuoden 2005 kemian Nobel-palkinto myönnettiin Yves Chauvinille, Robert H. Grubbsinille ja Richard R. Schrockille metatoosimenetelmän kehittämisestä orgaanisessa synteesissä, ja siinä viitattiin nimenomaisesti sen panokseen vihreässä kemiassa ja ”älykkäämmässä tuotannossa”. Vuonna 2005 julkaistussa katsauksessa yksilöitiin kolme keskeistä kehitystä vihreässä kemiassa orgaanisen synteesin alalla: ylikriittisen hiilidioksidin käyttö vihreänä liuottimena, vesipitoinen vetyperoksidi puhtaita hapetuksia varten ja vedyn käyttö epäsymmetrisessä synteesissä. Muita esimerkkejä sovelletusta vihreästä kemiasta ovat ylikriittisen veden hapetus, vedellä tapahtuvat reaktiot ja kuivien väliaineiden reaktiot.
Biotekniikkaa pidetään myös lupaavana tekniikkana vihreän kemian tavoitteiden saavuttamiseksi. Useita tärkeitä prosessikemikaaleja voidaan syntetisoida muunnetuissa organismeissa, kuten shikimaattia, Tamiflun lähtöainetta, jota Roche fermentoi bakteereissa. Click-kemia mainitaan usein kemiallisena synteesinä, joka on yhdenmukainen vihreän kemian tavoitteiden kanssa. Vastaaviin periaatteisiin perustuva ”vihreän farmasian” käsite on hiljattain artikuloitu.
Hiilidioksidi puhallusaineena Muokkaa
Vuonna 1996 Dow Chemical voitti vuoden 1996 Greener Reaction Conditions -palkinnon 100-prosenttisesta hiilidioksidista valmistetusta puhallusaineesta polystyreenivaahdon valmistuksessa. Polystyreenivaahto on yleinen materiaali, jota käytetään pakkauksissa ja elintarvikkeiden kuljetuksessa. Pelkästään Yhdysvalloissa tuotetaan vuosittain 700 miljoonaa kiloa. Vaahtomuovilevyjen tuotantoprosessissa käytettiin perinteisesti CFC-yhdisteitä ja muita otsonikerrosta heikentäviä kemikaaleja, mikä aiheutti vakavan ympäristöriskin. Syttyviä, räjähtäviä ja joissakin tapauksissa myrkyllisiä hiilivetyjä on myös käytetty CFC:n korvaajina, mutta ne aiheuttavat omat ongelmansa. Dow Chemical havaitsi, että ylikriittinen hiilidioksidi toimii yhtä hyvin puhallusaineena ilman vaarallisia aineita, minkä ansiosta polystyreeni voidaan kierrättää helpommin. Prosessissa käytetty hiilidioksidi käytetään uudelleen muilta teollisuudenaloilta, joten prosessista vapautuva nettohiili on nolla.
HydrazineEdit
Periaatteena nro 2 on peroksidiprosessi, jolla tuotetaan hydratsiinia ilman yhteistuotantosuolaa. Hydratsiinia valmistetaan perinteisesti Olin Raschigin prosessilla natriumhypokloriitista (monien valkaisuaineiden vaikuttava aine) ja ammoniakista. Nettoreaktiossa syntyy yksi ekvivalentti natriumkloridia jokaista tavoitetuotteen hydratsiinin ekvivalenttia kohti:
NaOCl + 2 NH3 → H2N-NH2 + NaCl + H2O
Vihreämmässä peroksidiprosessissa hapettimena käytetään vetyperoksidia ja sivutuotteena on vettä. Nettokonversio on seuraava:
2 NH3 + H2O2 → H2N-NH2 + 2 H2O
Periaatteen #4 mukaisesti tämä prosessi ei vaadi ylimääräisiä uuttoliuottimia. Metyylietyyliketonia käytetään hydratsiinin kantaja-aineena, ketatsiinin välivaihe erottuu reaktioseoksesta, mikä helpottaa työstämistä ilman uuttoliuottimia.
1,3-propaanidioli Muokkaa
Kohdistamisperiaate #7 on ympäristöystävällinen reitti 1,3-propaanidiolille, jota perinteisesti tuotetaan petrokemiallisista lähtöaineista. Sitä voidaan tuottaa uusiutuvista lähtöaineista 1,3-propaanidiolin biologisella erottamisella käyttämällä geneettisesti muunnettua E. coli -kantaa. Tästä diolista valmistetaan uusia polyestereitä mattojen valmistukseen.
LactideEdit
Vuonna 2002 Cargill Dow (nykyisin NatureWorks) voitti Greener Reaction Conditions Award -palkinnon parantuneesta menetelmästä, jolla polymaitohappoa polymerisoidaan . Valitettavasti laktidipohjaiset polymeerit eivät toimi hyvin, ja Dow lopetti hankkeen pian palkinnon saamisen jälkeen. Maitohappoa tuotetaan fermentoimalla maissia, ja se muunnetaan laktidiksi, maitohapon sykliseksi dimeeriesteriksi tehokkaalla tinakatalysoidulla syklisoinnilla. L,L-laktidin enantiomeeri eristetään tislaamalla ja polymeroidaan sulassa kiteytyväksi polymeeriksi, jota käytetään muun muassa tekstiileissä ja vaatteissa, ruokailuvälineissä ja elintarvikepakkauksissa. Wal-Mart on ilmoittanut käyttävänsä/käyttävänsä PLA:ta tuotepakkauksissaan. NatureWorksin PLA-prosessi korvaa raakaöljyn raaka-aineet uusiutuvilla materiaaleilla, se ei vaadi vaarallisten orgaanisten liuottimien käyttöä, mikä on tyypillistä muissa PLA-prosesseissa, ja tuloksena on korkealaatuinen polymeeri, joka on kierrätettävissä ja kompostoitavissa.
Mattolaattojen taustalevyt Muokkaa
Vuonna 2003 Shaw Industries valitsi EcoWorxin pohjapolymeeriksi polyolefiinihartsien yhdistelmän sen raaka-aineiden vähäisen myrkyllisyyden, ylivoimaisten tartuntaominaisuuksien, mittapysyvyyden ja kierrätettävyyden vuoksi. EcoWorx-yhdisteen oli myös oltava yhteensopiva nailonmattokuitujen kanssa. Vaikka EcoWorx voidaan hyödyntää mistä tahansa kuitutyypistä, nylon-6 tarjoaa merkittävän edun. Polyolefiinit ovat yhteensopivia tunnettujen nylon-6:n depolymerointimenetelmien kanssa. PVC häiritsee näitä prosesseja. Nylon-6:n kemia on hyvin tunnettu, eikä sitä ole käsitelty ensimmäisen sukupolven tuotannossa. EcoWorx täytti alusta alkaen kaikki suunnittelukriteerit, jotka olivat tarpeen markkinoiden tarpeiden täyttämiseksi suorituskyvyn, terveyden ja ympäristön kannalta. Tutkimukset osoittivat, että kuitujen ja tukiaineksen erottaminen elutrioimalla, jauhamalla ja ilmanerotuksella osoittautui parhaaksi tavaksi ottaa talteen pintakomponentit ja tukiaineksen osat, mutta tarvittiin infrastruktuuri, jolla kulutuksen jälkeinen EcoWorx voidaan palauttaa elutriointiprosessiin. Tutkimus osoitti myös, että jälkikäteen käytetyillä mattolaatoilla oli positiivinen taloudellinen arvo käyttöikänsä lopussa. MBDC on tunnustanut EcoWorxin sertifioiduksi cradle-to-cradle-suunnitteluksi.
Rasvojen transesteröinti Muokkaa
Vuonna 2005 Archer Daniels Midland (ADM) ja Novozymes saivat Greener Synteettisten polkujen ympäristöystävällisyyspalkinnon (Greener Synteettiset polut -palkinnon) entsyymillä toteutetusta interesteröintiprosessista. Vastauksena Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeviraston (FDA) määräämään transrasvojen merkitsemiseen ravintoarvotietoihin 1. tammikuuta 2006 mennessä Novozymes ja ADM kehittivät yhdessä puhtaan, entsymaattisen prosessin öljyjen ja rasvojen esteröintiin vaihtamalla tyydyttyneitä ja tyydyttymättömiä rasvahappoja. Tuloksena on kaupallisesti käyttökelpoisia tuotteita ilman transrasvoja. Sen lisäksi, että transrasvojen poistaminen hyödyttää ihmisten terveyttä, prosessi on vähentänyt myrkyllisten kemikaalien ja veden käyttöä, ehkäissyt valtavia määriä sivutuotteita ja vähentänyt rasvojen ja öljyjen hukkaan meneviä määriä.
Bio-ruohonhappoTiedosto
Vuonna 2011 pienen yrityksen ympäristöystävälliset kemian saavutukset -palkinnon (Outstanding Green Chemistry Accomplishments by a Small Business Award) sai BioAmber Inc. biopohjaisen mokkahapon integroidusta tuotannosta ja tuotantoketjun jatkojalostussovelluksista. Mokkahappo on peruskemikaali, joka on tärkeä lähtöaine jokapäiväisten tuotteiden formulaatioissa. Perinteisesti meripihkahappoa tuotetaan öljypohjaisista raaka-aineista. BioAmber on kehittänyt prosessin ja teknologian, jolla tuotetaan meripihkahappoa uusiutuvien raaka-aineiden fermentoinnista edullisemmin ja pienemmällä energiankulutuksella kuin vastaavasta raaka-aineesta raakaöljystä, ja joka samalla sitoo hiilidioksidia sen sijaan, että sitä vapautuisi. Öljyn alhaisemmat hinnat saivat yrityksen kuitenkin ajautumaan konkurssiin, eikä biolähteistä saatavaa meripihkahappoa enää juurikaan valmisteta.
LaboratoriokemikaalitEdit
Monet laboratoriokemikaalit ovat kiistanalaisia vihreän kemian näkökulmasta. Massachusettsin teknologiainstituutti on luonut ”vihreiden” vaihtoehtojen ohjatun oppaan (Green Alternatives Wizard), joka auttaa vaihtoehtojen löytämisessä. Etidiumbromidi, ksyleeni, elohopea ja formaldehydi on tunnistettu ”pahimmiksi rikoksentekijöiksi”, joille on olemassa vaihtoehtoja. Erityisesti liuottimet vaikuttavat suuresti kemikaalien valmistuksen ympäristövaikutuksiin, ja ympäristöystävällisempien liuottimien käyttöönottoon näiden prosessien varhaisimmassa kehitysvaiheessa, eli laboratoriomittakaavan reaktio- ja puhdistusmenetelmissä, kiinnitetään yhä enemmän huomiota. Lääketeollisuudessa sekä GSK että Pfizer ovat julkaisseet liuottimien valintaoppaita lääketutkimuskemistiensä käyttöön.