Zöld oldószerekSzerkesztés
Az oldószerek fő alkalmazási területe az emberi tevékenységekben a festékek és bevonatok (a felhasználás 46%-a). Kisebb volumenű alkalmazások közé tartozik a tisztítás, zsírtalanítás, ragasztók és a kémiai szintézis. A hagyományos oldószerek gyakran mérgezőek vagy klórozottak. A zöld oldószerek ezzel szemben általában kevésbé károsak az egészségre és a környezetre, és lehetőleg fenntarthatóbbak. Ideális esetben az oldószerek megújuló erőforrásokból származnak, és biológiailag ártalmatlan, gyakran a természetben előforduló termékké bomlanak le. Az oldószerek biomasszából történő előállítása azonban károsabb lehet a környezetre, mint ugyanezen oldószerek előállítása fosszilis tüzelőanyagokból. Ezért az oldószergyártás környezeti hatását figyelembe kell venni, amikor egy termékhez vagy eljáráshoz oldószert választanak. Egy másik figyelembe veendő tényező az oldószer felhasználás utáni sorsa. Ha az oldószert olyan zárt helyen használják, ahol az oldószer összegyűjtése és újrahasznosítása megvalósítható, akkor figyelembe kell venni az újrahasznosítással járó energiaköltségeket és környezeti ártalmakat; ilyen helyzetben a víz, amelynek tisztítása energiaigényes, nem biztos, hogy a legzöldebb választás. Másrészt egy fogyasztói termékben található oldószer használatakor valószínűleg a környezetbe kerül, és ezért magának az oldószernek a környezeti hatása fontosabb, mint az oldószer újrahasznosításának energiaköltsége és hatása; ilyen esetben a víz nagy valószínűséggel a zöld választás. Röviden, az oldószer teljes élettartamának hatását figyelembe kell venni, a bölcsőtől a sírig (vagy újrahasznosítás esetén a bölcsőtől a bölcsőig). Így a zöld oldószer legátfogóbb meghatározása a következő: “
A definíció szerint tehát egy oldószer lehet zöld az egyik alkalmazáshoz (mert kevesebb környezeti kárt okoz, mint bármely más, az adott alkalmazáshoz használható oldószer), de nem lehet zöld oldószer egy másik alkalmazáshoz. Klasszikus példa erre a víz, amely nagyon zöld oldószer az olyan fogyasztói termékekhez, mint a WC-kagylótisztító, de nem zöld oldószer a politetrafluor-etilén gyártásához. E polimer előállításához a víz oldószerként való használata perfluorozott felületaktív anyagok hozzáadását igényli, amelyek nagyon tartósan megmaradnak. Ehelyett a szuperkritikus szén-dioxid tűnik a legzöldebb oldószernek erre az alkalmazásra, mivel felületaktív anyag nélkül is jól működik. Összefoglalva, egyetlen oldószert sem lehet “zöld oldószernek” nyilvánítani, hacsak a kijelentés nem korlátozódik egy adott alkalmazásra.
Szintetikus technikákSzerkesztés
Az új vagy továbbfejlesztett szintetikus technikák gyakran jobb környezeti teljesítményt biztosíthatnak, vagy lehetővé teszik a zöld kémia elveinek jobb betartását. A 2005-ös kémiai Nobel-díjat például Yves Chauvin, Robert H. Grubbs és Richard R. Schrock kapta a szerves szintézis metatézis módszerének kifejlesztéséért, kifejezetten utalva a zöld kémiához és az “okosabb termeléshez” való hozzájárulására. Egy 2005-ös áttekintés három kulcsfontosságú fejlesztést azonosított a zöld kémia területén a szerves szintézisben: a szuperkritikus szén-dioxid használata zöld oldószerként, a vizes hidrogén-peroxid tiszta oxidációkhoz és a hidrogén használata az aszimmetrikus szintézisben. Néhány további példa az alkalmazott zöld kémiára a szuperkritikus vizes oxidáció, a vízen történő reakciók és a száraz közegű reakciók.
A biotechnológiát szintén ígéretes technikának tekintik a zöld kémiai célok eléréséhez. Számos fontos technológiai vegyi anyag szintetizálható mesterséges szervezetekben, mint például a shikimát, a Tamiflu prekurzora, amelyet a Roche baktériumokban fermentál. A click-kémiát gyakran említik a kémiai szintézis olyan stílusaként, amely összhangban van a zöld kémia céljaival. A közelmúltban hasonló elvek alapján fogalmazták meg a “zöld gyógyszerészet” koncepcióját.
Szén-dioxid mint fúvóanyagSzerkesztés
1996-ban a Dow Chemical elnyerte az 1996-os Zöldebb reakciókörülmények díjat a polisztirolhab előállításához használt 100%-os szén-dioxid fúvóanyagáért. A polisztirolhab a csomagolásban és az élelmiszer-szállításban gyakran használt anyag. Csak az Egyesült Államokban évente hétszázmillió fontot gyártanak belőle. Hagyományosan CFC és más ózonlebontó vegyi anyagokat használtak a hablemezek gyártási folyamatában, ami komoly környezeti veszélyt jelentett. A CFC helyettesítésére gyúlékony, robbanékony és egyes esetekben mérgező szénhidrogéneket is használtak, de ezek is problémákat okoznak. A Dow Chemical felfedezte, hogy a szuperkritikus szén-dioxid ugyanolyan jól működik hajtóanyagként, anélkül, hogy veszélyes anyagokra lenne szükség, így a polisztirol könnyebben újrahasznosítható. A folyamat során felhasznált CO2-t más iparágakból hasznosítják újra, így a folyamatból felszabaduló nettó szén-dioxid mennyisége nulla.
HidrazinSzerkesztés
A 2. alapelvet a peroxid-eljárás kezeli a hidrazin kapcsolt sótermelés nélküli előállítására. A hidrazin előállítása hagyományosan az Olin Raschig-eljárással történik nátrium-hipokloritból (sok fehérítőszer hatóanyaga) és ammóniából. A nettó reakció során a céltermék hidrazin minden egyes ekvivalensére egy ekvivalens nátrium-klorid keletkezik:
NaOCl + 2 NH3 → H2N-NH2 + NaCl + H2O
A zöldebb Peroxid-eljárásban oxidálószerként hidrogén-peroxidot alkalmaznak, a melléktermék pedig víz. A nettó konverzió a következő:
2 NH3 + H2O2 → H2N-NH2 + 2 H2O
A 4. elvhez igazodva ez az eljárás nem igényel segéd extraháló oldószereket. A hidrazin hordozójaként metil-etil-ketont használnak, a köztes ketazin fázis elválik a reakcióelegyből, megkönnyítve a feldolgozást extraháló oldószer nélkül.
1,3-propándiolSzerkesztés
A #7. elv címszó alatt a hagyományosan petrolkémiai prekurzorokból előállított 1,3-propándiolhoz vezető zöld út. Megújuló prekurzorokból állítható elő az 1,3-propándiol bioszeparálásával, egy genetikailag módosított E. coli törzs segítségével. Ezt a diolt a szőnyegek gyártásához használt új poliészterek előállítására használják.
LactideEdit
2002-ben a Cargill Dow (ma NatureWorks) elnyerte a Greener Reaction Conditions Awardot a polimájsav polimerizációjának továbbfejlesztett módszeréért . Sajnos a laktid alapú polimerek nem teljesítenek jól, és a projektet a Dow nem sokkal a díj elnyerése után leállította. A tejsavat kukorica erjesztésével állítják elő, és hatékony, ónkatalizált ciklizációval alakítják át laktiddá, a tejsav ciklikus dimerészterévé. Az L,L-laktid enantiomerjét desztillációval izolálják és olvadékban polimerizálják, hogy kristályosítható polimert állítsanak elő, amelyet többek között textil és ruházati cikkek, evőeszközök és élelmiszercsomagolások formájában alkalmaznak. A Wal-Mart bejelentette, hogy PLA-t használ/használni fog a termékek csomagolásához. A NatureWorks PLA eljárása a kőolaj alapanyagokat megújuló anyagokkal helyettesíti, nem igényel más PLA eljárásokban jellemző veszélyes szerves oldószerek használatát, és kiváló minőségű polimert eredményez, amely újrahasznosítható és komposztálható.
SzőnyegcsempehátlapokSzerkesztés
2003-ban a Shaw Industries az alapanyagok alacsony toxicitása, kiváló tapadási tulajdonságai, méretstabilitása és újrahasznosíthatósága miatt a poliolefin gyanták kombinációját választotta az EcoWorx alappolimerjének. Az EcoWorx vegyületet úgy kellett megtervezni, hogy kompatibilis legyen a nejlon szőnyegszálakkal. Bár az EcoWorx bármilyen száltípusból visszanyerhető, a nylon-6 jelentős előnyt jelent. A poliolefinek kompatibilisek az ismert nylon-6 depolimerizációs módszerekkel. A PVC zavarja ezeket az eljárásokat. A nylon-6 kémiája jól ismert, és nem foglalkozik az első generációs gyártással. Az EcoWorx már a kezdetektől fogva megfelelt minden olyan tervezési kritériumnak, amely a piac igényeinek kielégítéséhez szükséges a teljesítmény, az egészség és a környezetvédelem szempontjából. A kutatások azt mutatták, hogy a szál és a hátlap elválasztása eluálással, őrléssel és légleválasztással bizonyult a legjobb módszernek a felület és a hátlap összetevőinek visszanyerésére, de szükség volt egy olyan infrastruktúrára, amely a fogyasztás utáni EcoWorxot visszavezeti az eluálási folyamatba. A kutatás azt is jelezte, hogy a hulladékból származó szőnyegcsempe hasznos élettartamának végén pozitív gazdasági értékkel rendelkezik. Az EcoWorxot az MBDC tanúsított bölcsőtől a bölcsőig konstrukcióként ismeri el.
Zsírok átészterezéseSzerkesztés
2005-ben az Archer Daniels Midland (ADM) és a Novozymes elnyerte a Greener Synthetic Pathways díjat az enzimes átészterezési eljárásukért. Az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága (FDA) által 2006. január 1-jéig előírt, a transzzsírok tápértékadatokon való feltüntetését előíró címkézésre válaszul a Novozymes és az ADM együtt dolgozott egy tiszta, enzimes eljárás kifejlesztésén az olajok és zsírok telített és telítetlen zsírsavak felcserélésével történő interesterifikációjára. Az eredmény kereskedelmi szempontból életképes, transzzsírok nélküli termékek. A transzzsírok kiküszöbölésével járó emberi egészségügyi előnyök mellett az eljárás csökkentette a mérgező vegyi anyagok és a víz felhasználását, hatalmas mennyiségű melléktermék keletkezését előzi meg, és csökkenti a zsírok és olajok pazarlását.
Bio-borostyánkősavSzerkesztés
2011-ben a kisvállalkozások kiemelkedő zöld kémiai eredményei díjat a BioAmber Inc. kapta a bioalapú borostyánkősav integrált előállításáért és downstream alkalmazásáért. A borostyánkősav egy olyan platformkémiai anyag, amely fontos kiindulási anyag a mindennapi termékek formuláiban. Hagyományosan a borostyánkősavat kőolajalapú alapanyagokból állítják elő. A BioAmber olyan eljárást és technológiát fejlesztett ki, amely megújuló alapanyagok fermentálásával állít elő borostyánkősavat, alacsonyabb költséggel és alacsonyabb energiafelhasználással, mint a kőolaj-egyenértékes, miközben CO2-t köt meg, ahelyett, hogy kibocsátaná azt. Az alacsonyabb olajárak azonban csődbe juttatták a vállalatot, és bioforrásból származó borostyánkősavat ma már alig gyártanak.
Laboratóriumi vegyszerekSzerkesztés
Sok laboratóriumi vegyszer vitatott a zöld kémia szempontjából. A Massachusetts Institute of Technology létrehozott egy “Zöld” alternatívák varázslót, hogy segítsen az alternatívák azonosításában. Az etídium-bromidot, a xilolt, a higanyt és a formaldehidet olyan “legrosszabb elkövetőkként” azonosították, amelyeknek vannak alternatívái. Különösen az oldószerek járulnak hozzá nagymértékben a vegyipari gyártás környezeti hatásaihoz, és egyre nagyobb hangsúlyt kap a zöldebb oldószerek bevezetése ezen eljárások legkorábbi fejlesztési szakaszában: a laboratóriumi szintű reakció- és tisztítási módszerekben. A gyógyszeriparban a GSK és a Pfizer is kiadott oldószer-választási útmutatókat a gyógyszerkutató vegyészek számára.