Solventi verdiModifica
La principale applicazione dei solventi nelle attività umane è nelle vernici e nei rivestimenti (46% dell’uso). Applicazioni più piccole includono la pulizia, la sgrassatura, gli adesivi e la sintesi chimica. I solventi tradizionali sono spesso tossici o clorurati. I solventi verdi, invece, sono generalmente meno dannosi per la salute e l’ambiente e preferibilmente più sostenibili. Idealmente, i solventi sarebbero derivati da risorse rinnovabili e si biodegradano fino a diventare innocui, spesso un prodotto naturale. Tuttavia, la fabbricazione di solventi dalla biomassa può essere più dannosa per l’ambiente che la fabbricazione degli stessi solventi dai combustibili fossili. Quindi l’impatto ambientale della produzione di solventi deve essere considerato quando un solvente viene selezionato per un prodotto o un processo. Un altro fattore da considerare è il destino del solvente dopo l’uso. Se il solvente viene usato in una situazione chiusa dove la raccolta e il riciclaggio del solvente sono fattibili, allora il costo energetico e il danno ambientale associati al riciclaggio dovrebbero essere presi in considerazione; in una tale situazione l’acqua, che è ad alta intensità energetica per purificare, potrebbe non essere la scelta più verde. D’altra parte, è probabile che un solvente contenuto in un prodotto di consumo venga rilasciato nell’ambiente al momento dell’uso, e quindi l’impatto ambientale del solvente stesso è più importante del costo energetico e dell’impatto del riciclaggio del solvente; in tal caso l’acqua è molto probabilmente una scelta verde. In breve, deve essere considerato l’impatto dell’intera vita del solvente, dalla culla alla tomba (o dalla culla alla culla se riciclato). Quindi la definizione più completa di un solvente verde è la seguente: “Un solvente verde è il solvente che rende un prodotto o un processo con il minor impatto ambientale durante il suo intero ciclo di vita”
Per definizione, quindi, un solvente potrebbe essere verde per un’applicazione (perché provoca meno danni ambientali di qualsiasi altro solvente che potrebbe essere usato per quell’applicazione) e tuttavia non essere un solvente verde per un’applicazione diversa. Un esempio classico è l’acqua, che è un solvente molto verde per prodotti di consumo come il detergente per la tazza del water, ma non è un solvente verde per la produzione di politetrafluoroetilene. Per la produzione di quel polimero, l’uso dell’acqua come solvente richiede l’aggiunta di tensioattivi perfluorati che sono altamente persistenti. Invece, l’anidride carbonica supercritica sembra essere il solvente più verde per quell’applicazione perché funziona bene senza alcun tensioattivo. In sintesi, nessun solvente può essere dichiarato “solvente verde” a meno che la dichiarazione sia limitata a una specifica applicazione.
Tecniche sinteticheModifica
Tecniche sintetiche nuove o migliorate possono spesso fornire migliori prestazioni ambientali o consentire una migliore aderenza ai principi della chimica verde. Per esempio, il premio Nobel 2005 per la chimica è stato assegnato a Yves Chauvin, Robert H. Grubbs e Richard R. Schrock, per lo sviluppo del metodo della metatesi nella sintesi organica, con esplicito riferimento al suo contributo alla chimica verde e alla “produzione più intelligente”. Una revisione del 2005 ha identificato tre sviluppi chiave della chimica verde nel campo della sintesi organica: l’uso dell’anidride carbonica supercritica come solvente verde, il perossido di idrogeno acquoso per ossidazioni pulite e l’uso dell’idrogeno nella sintesi asimmetrica. Alcuni altri esempi di chimica verde applicata sono l’ossidazione ad acqua supercritica, le reazioni sull’acqua e le reazioni con mezzi secchi.
La bioingegneria è anche vista come una tecnica promettente per raggiungere gli obiettivi della chimica verde. Un certo numero di importanti prodotti chimici di processo possono essere sintetizzati in organismi ingegnerizzati, come lo shikimate, un precursore del Tamiflu che viene fermentato da Roche nei batteri. La chimica dei clic è spesso citata come uno stile di sintesi chimica che è coerente con gli obiettivi della chimica verde. Il concetto di ‘farmacia verde’ è stato recentemente articolato sulla base di principi simili.
Anidride carbonica come agente espandenteModifica
Nel 1996, la Dow Chemical ha vinto il premio Greener Reaction Conditions 1996 per il suo agente espandente al 100% di anidride carbonica per la produzione di polistirene espanso. Il polistirene espanso è un materiale comune usato nell’imballaggio e nel trasporto di cibo. Settecento milioni di libbre sono prodotte ogni anno solo negli Stati Uniti. Tradizionalmente, nel processo di produzione delle lastre di schiuma sono stati utilizzati CFC e altri prodotti chimici che riducono lo strato di ozono, presentando un grave pericolo ambientale. Idrocarburi infiammabili, esplosivi e, in alcuni casi, tossici sono stati usati come sostituti dei CFC, ma presentano i loro problemi. Dow Chemical ha scoperto che l’anidride carbonica supercritica funziona altrettanto bene come agente soffiante, senza bisogno di sostanze pericolose, permettendo al polistirolo di essere riciclato più facilmente. La CO2 usata nel processo viene riutilizzata da altre industrie, quindi il carbonio netto rilasciato dal processo è zero.
IdrazinaModifica
Il principio #2 è il processo Peroxide per produrre idrazina senza cogenerare sale. L’idrazina è tradizionalmente prodotta dal processo Olin Raschig dall’ipoclorito di sodio (il principio attivo di molti candeggianti) e dall’ammoniaca. La reazione netta produce un equivalente di cloruro di sodio per ogni equivalente di idrazina prodotto di destinazione:
NaOCl + 2 NH3 → H2N-NH2 + NaCl + H2O
Nel processo Peroxide più verde viene impiegato il perossido di idrogeno come ossidante e il prodotto secondario è l’acqua. La conversione netta è la seguente:
2 NH3 + H2O2 → H2N-NH2 + 2 H2O
Per quanto riguarda il principio #4, questo processo non richiede solventi ausiliari di estrazione. Il metiletilchetone è usato come trasportatore per l’idrazina, la fase intermedia della chetamina si separa dalla miscela di reazione, facilitando la lavorazione senza la necessità di un solvente di estrazione.
1,3-PropandioloModifica
Il principio di indirizzo #7 è una via verde per 1,3-propandiolo, che è tradizionalmente generato da precursori petrolchimici. Può essere prodotto da precursori rinnovabili attraverso la bioseparazione dell’1,3-propandiolo usando un ceppo geneticamente modificato di E. coli. Questo diolo è usato per fare nuovi poliesteri per la fabbricazione di tappeti.
LactideEdit
Nel 2002, Cargill Dow (ora NatureWorks) ha vinto il Greener Reaction Conditions Award per il loro metodo migliorato di polimerizzazione dell’acido polilattico. Sfortunatamente, i polimeri a base di lattide non hanno un buon rendimento e il progetto è stato interrotto da Dow subito dopo il premio. L’acido lattico è prodotto dalla fermentazione del mais e convertito in lattide, il dimero estere ciclico dell’acido lattico utilizzando un’efficiente ciclizzazione catalizzata dallo stagno. L’enantiomero L,L-lattide viene isolato per distillazione e polimerizzato in fusione per fare un polimero cristallizzabile, che ha alcune applicazioni tra cui tessuti e abbigliamento, posate e imballaggi alimentari. Wal-Mart ha annunciato che sta usando/userà il PLA per le sue confezioni di prodotti. Il processo NatureWorks PLA sostituisce le materie prime petrolifere con materiali rinnovabili, non richiede l’uso di solventi organici pericolosi tipici di altri processi PLA e produce un polimero di alta qualità che è riciclabile e compostabile.
Rivestimenti per tappetiModifica
Nel 2003 Shaw Industries ha selezionato una combinazione di resine poliolefiniche come polimero di base per EcoWorx grazie alla bassa tossicità delle sue materie prime, alle proprietà di adesione superiori, alla stabilità dimensionale e alla sua capacità di essere riciclato. Il composto EcoWorx doveva anche essere progettato per essere compatibile con la fibra di nylon dei tappeti. Anche se EcoWorx può essere recuperato da qualsiasi tipo di fibra, il nylon-6 fornisce un vantaggio significativo. Le poliolefine sono compatibili con i metodi di depolimerizzazione del nylon-6 conosciuti. Il PVC interferisce con questi processi. La chimica del nylon-6 è ben nota e non è stata affrontata nella produzione di prima generazione. Fin dall’inizio, EcoWorx ha soddisfatto tutti i criteri di progettazione necessari per soddisfare le esigenze del mercato dal punto di vista delle prestazioni, della salute e dell’ambiente. La ricerca ha indicato che la separazione della fibra e del supporto attraverso l’elutriazione, la macinazione e la separazione ad aria si è dimostrata il modo migliore per recuperare i componenti della faccia e del supporto, ma era necessaria un’infrastruttura per riportare EcoWorx post-consumo al processo di elutriazione. La ricerca ha anche indicato che la pavimentazione tessile post-consumo aveva un valore economico positivo alla fine della sua vita utile. EcoWorx è riconosciuto da MBDC come un design cradle-to-cradle certificato.
Transesterificazione dei grassiEdit
Nel 2005, Archer Daniels Midland (ADM) e Novozymes hanno vinto il Greener Synthetic Pathways Award per il loro processo di interesterificazione enzimatica. In risposta alla Food and Drug Administration (FDA) che ha imposto l’etichettatura dei grassi trans sulle informazioni nutrizionali entro il 1° gennaio 2006, Novozymes e ADM hanno lavorato insieme per sviluppare un processo enzimatico pulito per l’interesterificazione di oli e grassi scambiando acidi grassi saturi e insaturi. Il risultato sono prodotti commerciabili senza grassi trans. Oltre ai benefici per la salute umana derivanti dall’eliminazione dei grassi trans, il processo ha ridotto l’uso di sostanze chimiche tossiche e di acqua, evita grandi quantità di sottoprodotti e riduce la quantità di grassi e oli sprecati.
Acido bio-succinicoModifica
Nel 2011, l’Outstanding Green Chemistry Accomplishments by a Small Business Award è andato a BioAmber Inc. per la produzione integrata e le applicazioni a valle di acido succinico bio-based. L’acido succinico è una piattaforma chimica che è un importante materiale di partenza nelle formulazioni di prodotti di uso quotidiano. Tradizionalmente, l’acido succinico viene prodotto da materie prime a base di petrolio. BioAmber ha sviluppato un processo e una tecnologia che produce acido succinico dalla fermentazione di materie prime rinnovabili a un costo inferiore e a un minor dispendio energetico rispetto all’equivalente del petrolio, mentre sequestra CO2 piuttosto che emetterla. Tuttavia, i prezzi più bassi del petrolio hanno fatto precipitare l’azienda nella bancarotta e l’acido succinico di origine biologica è ora a malapena prodotto.
Prodotti chimici di laboratorioModifica
Diversi prodotti chimici di laboratorio sono controversi dal punto di vista della chimica verde. Il Massachusetts Institute of Technology ha creato un “Green” Alternatives Wizard per aiutare a identificare le alternative. Il bromuro di etidio, lo xilene, il mercurio e la formaldeide sono stati identificati come “peggiori colpevoli” che hanno alternative. I solventi in particolare danno un grande contributo all’impatto ambientale della produzione chimica e c’è una crescente attenzione all’introduzione di solventi più verdi nella prima fase di sviluppo di questi processi: metodi di reazione e purificazione su scala di laboratorio. Nell’industria farmaceutica, sia GSK che Pfizer hanno pubblicato delle guide alla scelta dei solventi per i loro chimici di Drug Discovery.