Zielone rozpuszczalnikiEdit
Główne zastosowanie rozpuszczalników w działalności człowieka to farby i powłoki (46% zużycia). Mniejsze zastosowania objętościowe obejmują czyszczenie, odtłuszczanie, kleje i syntezę chemiczną. Tradycyjne rozpuszczalniki są często toksyczne lub chlorowane. Z drugiej strony, ekologiczne rozpuszczalniki są generalnie mniej szkodliwe dla zdrowia i środowiska, a najlepiej bardziej zrównoważone. Idealnie byłoby, gdyby rozpuszczalniki pochodziły z zasobów odnawialnych i ulegały biodegradacji do nieszkodliwego, często naturalnie występującego produktu. Jednakże wytwarzanie rozpuszczalników z biomasy może być bardziej szkodliwe dla środowiska niż wytwarzanie tych samych rozpuszczalników z paliw kopalnych. Dlatego przy wyborze rozpuszczalnika do danego produktu lub procesu należy wziąć pod uwagę jego wpływ na środowisko. Innym czynnikiem, który należy rozważyć, jest los rozpuszczalnika po zużyciu. Jeżeli rozpuszczalnik jest stosowany w warunkach zamkniętych, gdzie możliwe jest zbieranie i recykling rozpuszczalników, należy rozważyć koszt energii i szkodliwość dla środowiska związane z recyklingiem; w takiej sytuacji woda, której oczyszczanie jest energochłonne, może nie być najbardziej ekologicznym wyborem. Z drugiej strony, rozpuszczalnik zawarty w produkcie konsumpcyjnym prawdopodobnie zostanie uwolniony do środowiska po jego użyciu, a zatem wpływ samego rozpuszczalnika na środowisko jest ważniejszy niż koszt energii i wpływ recyklingu rozpuszczalnika; w takim przypadku woda najprawdopodobniej będzie najbardziej ekologicznym wyborem. Krótko mówiąc, należy wziąć pod uwagę wpływ całego okresu użytkowania rozpuszczalnika, od kołyski do grobu (lub od kołyski do kołyski, jeżeli jest on poddawany recyklingowi). Dlatego też najbardziej kompleksowa definicja zielonego rozpuszczalnika brzmi następująco: „zielony rozpuszczalnik to rozpuszczalnik, który sprawia, że produkt lub proces ma najmniejszy wpływ na środowisko w całym swoim cyklu życia.”
Z definicji wynika więc, że rozpuszczalnik może być ekologiczny dla jednego zastosowania (ponieważ powoduje mniej szkód dla środowiska niż jakikolwiek inny rozpuszczalnik, który mógłby być użyty do tego zastosowania), a jednocześnie nie być ekologicznym rozpuszczalnikiem dla innego zastosowania. Klasycznym przykładem jest woda, która jest bardzo ekologicznym rozpuszczalnikiem do produktów konsumenckich, takich jak płyn do czyszczenia muszli klozetowych, ale nie jest ekologicznym rozpuszczalnikiem do produkcji politetrafluoroetylenu. Do produkcji tego polimeru użycie wody jako rozpuszczalnika wymaga dodania perfluorowanych środków powierzchniowo czynnych, które są bardzo trwałe. Zamiast tego najbardziej ekologicznym rozpuszczalnikiem do tego zastosowania wydaje się być dwutlenek węgla w stanie nadkrytycznym, ponieważ działa on dobrze bez żadnych środków powierzchniowo czynnych. Podsumowując, żaden rozpuszczalnik nie może być uznany za „zielony rozpuszczalnik”, chyba że deklaracja ta jest ograniczona do konkretnego zastosowania.
Techniki syntetyczneEdit
Nowe lub udoskonalone techniki syntetyczne mogą często zapewniać lepsze wyniki w zakresie ochrony środowiska lub umożliwiać lepsze przestrzeganie zasad zielonej chemii. Na przykład w 2005 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii otrzymali Yves Chauvin, Robert H. Grubbs i Richard R. Schrock za opracowanie metody metatezy w syntezie organicznej, z wyraźnym odniesieniem do jej wkładu w zieloną chemię i „inteligentniejszą produkcję”. W przeglądzie z 2005 r. zidentyfikowano trzy kluczowe osiągnięcia w zielonej chemii w dziedzinie syntezy organicznej: zastosowanie nadkrytycznego dwutlenku węgla jako zielonego rozpuszczalnika, wodny nadtlenek wodoru do czystego utleniania oraz zastosowanie wodoru w syntezie asymetrycznej. Niektóre dalsze przykłady stosowanej zielonej chemii to utlenianie wodą w stanie nadkrytycznym, reakcje na wodzie i reakcje w suchych mediach.
Bioinżynieria jest również postrzegana jako obiecująca technika osiągania celów zielonej chemii. Szereg ważnych chemikaliów procesowych może być syntetyzowanych w zaprojektowanych organizmach, takich jak shikimat, prekursor Tamiflu, który jest fermentowany przez firmę Roche w bakteriach. Chemia typu „click chemistry” jest często wymieniana jako styl syntezy chemicznej, który jest zgodny z celami zielonej chemii. Koncepcja „zielonej farmacji” została ostatnio sformułowana w oparciu o podobne zasady.
Dwutlenek węgla jako środek porotwórczyEdit
W 1996 r. firma Dow Chemical zdobyła nagrodę 1996 Greener Reaction Conditions za swój 100% dwutlenek węgla jako środek porotwórczy do produkcji pianki polistyrenowej. Pianka polistyrenowa jest powszechnym materiałem używanym do pakowania i transportu żywności. Każdego roku w samych Stanach Zjednoczonych produkuje się go siedemset milionów funtów. Tradycyjnie w procesie produkcji płyt piankowych stosowano CFC i inne substancje chemiczne niszczące warstwę ozonową, co stanowiło poważne zagrożenie dla środowiska. Palne, wybuchowe, a w niektórych przypadkach toksyczne węglowodory były również stosowane jako zamienniki CFC, ale stwarzały one własne problemy. Firma Dow Chemical odkryła, że dwutlenek węgla w stanie nadkrytycznym działa równie dobrze jako środek porotwórczy, bez konieczności stosowania substancji niebezpiecznych, co pozwala na łatwiejszy recykling polistyrenu. CO2 wykorzystywany w tym procesie jest ponownie wykorzystywany w innych branżach, więc emisja netto dwutlenku węgla uwalnianego w tym procesie wynosi zero.
HydrazynaEdit
Odpowiedź na zasadę nr 2 stanowi proces nadtlenkowy służący do produkcji hydrazyny bez kogeneracji soli. Hydrazyna jest tradycyjnie produkowana w procesie Olin Raschig z podchlorynu sodu (aktywnego składnika wielu wybielaczy) i amoniaku. W wyniku reakcji netto powstaje jeden równoważnik chlorku sodu na każdy równoważnik produktu docelowego – hydrazyny:
NaOCl + 2 NH3 → H2N-NH2 + NaCl + H2O
W procesie greener Peroxide nadtlenek wodoru jest stosowany jako utleniacz, a produktem ubocznym jest woda. Konwersja netto przebiega następująco:
2 NH3 + H2O2 → H2N-NH2 + 2 H2O
Odnosząc się do zasady nr 4, proces ten nie wymaga stosowania pomocniczych rozpuszczalników ekstrahujących. Jako nośnik hydrazyny stosuje się keton metylowo-etylowy, a pośrednia faza ketazynowa oddziela się od mieszaniny reakcyjnej, ułatwiając obróbkę bez konieczności stosowania rozpuszczalnika ekstrahującego.
1,3-propanediolEdit
Zasada nr 7 to zielona droga do 1,3-propanediolu, który jest tradycyjnie wytwarzany z prekursorów petrochemicznych. Można go wytwarzać z odnawialnych prekursorów poprzez bioseparację 1,3-propanodiolu za pomocą genetycznie zmodyfikowanego szczepu E. coli. Ten diol jest używany do wytwarzania nowych poliestrów do produkcji dywanów.
LactideEdit
W 2002 roku firma Cargill Dow (obecnie NatureWorks) zdobyła nagrodę Greener Reaction Conditions Award za ulepszoną metodę polimeryzacji kwasu polimlekowego . Niestety, polimery na bazie laktydu nie działają dobrze i projekt został przerwany przez Dow wkrótce po przyznaniu nagrody. Kwas mlekowy jest wytwarzany w procesie fermentacji kukurydzy i przekształcany w laktyd, cykliczny dimer ester kwasu mlekowego, przy użyciu wydajnej cyklizacji katalizowanej cyną. Enancjomer L,L-laktydu jest izolowany przez destylację i polimeryzowany w stanie stopionym w celu uzyskania polimeru krystalizującego, który ma pewne zastosowania, w tym tekstylia i odzież, sztućce i opakowania żywności. Firma Wal-Mart ogłosiła, że używa/będzie używać PLA do pakowania swoich produktów. Proces NatureWorks PLA zastępuje materiały odnawialne surowcami ropopochodnymi, nie wymaga użycia niebezpiecznych rozpuszczalników organicznych typowych dla innych procesów PLA i daje w rezultacie wysokiej jakości polimer, który nadaje się do recyklingu i kompostowania.
Podkłady do płytek dywanowychEdit
W 2003 roku Shaw Industries wybrała kombinację żywic poliolefinowych jako polimer bazowy dla EcoWorx ze względu na niską toksyczność surowców, doskonałe właściwości adhezyjne, stabilność wymiarową i możliwość recyklingu. Mieszanka EcoWorx musiała być również zaprojektowana tak, aby była kompatybilna z nylonowymi włóknami dywanowymi. Chociaż EcoWorx może być odzyskiwany z każdego rodzaju włókien, nylon-6 zapewnia znaczącą przewagę. Poliolefiny są kompatybilne ze znanymi metodami depolimeryzacji nylonu-6. PCW zakłóca te procesy. Chemia nylonu-6 jest dobrze znana i nie została uwzględniona w produkcji pierwszej generacji. Od samego początku, EcoWorx spełniał wszystkie kryteria projektowe niezbędne do zaspokojenia potrzeb rynku z punktu widzenia wydajności, zdrowia i środowiska. Badania wykazały, że oddzielenie włókna i podłoża poprzez elutralizację, mielenie i separację powietrzną okazało się najlepszym sposobem na odzyskanie komponentów wierzchnich i spodnich, ale konieczna była infrastruktura do zawracania zużytego EcoWorx do procesu elutralizacji. Badania wykazały również, że płytki dywanowe pochodzące od użytkownika końcowego mają dodatnią wartość ekonomiczną po zakończeniu okresu użytkowania. EcoWorx jest uznawany przez MBDC jako certyfikowany projekt cradle-to-cradle.
Transestryfikacja tłuszczówEdit
W 2005 roku firmy Archer Daniels Midland (ADM) i Novozymes zdobyły nagrodę Greener Synthetic Pathways Award za swój proces enzymatycznej interestryfikacji. Żywności i Leków (FDA) nakazała umieszczanie informacji o tłuszczach trans na etykietach produktów spożywczych do 1 stycznia 2006 r. Novozymes i ADM pracowały wspólnie nad stworzeniem czystego, enzymatycznego procesu estryfikacji olejów i tłuszczów poprzez zamianę nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych. Rezultatem są produkty komercyjnie opłacalne, pozbawione tłuszczów trans. Oprócz korzyści dla zdrowia ludzkiego wynikających z wyeliminowania tłuszczów trans, proces ten zmniejszył zużycie toksycznych chemikaliów i wody, zapobiega powstawaniu ogromnych ilości produktów ubocznych i zmniejsza ilość marnowanych tłuszczów i olejów.
Kwas bursztynowyEdit
W 2011 roku nagrodę Outstanding Green Chemistry Accomplishments by a Small Business Award otrzymała firma BioAmber Inc. za zintegrowaną produkcję i zastosowania kwasu bursztynowego pochodzenia biologicznego. Kwas bursztynowy to platforma chemiczna, która jest ważnym materiałem wyjściowym w recepturach produktów codziennego użytku. Tradycyjnie, kwas bursztynowy produkowany jest z surowców ropopochodnych. Firma BioAmber opracowała proces i technologię produkcji kwasu bursztynowego w procesie fermentacji surowców odnawialnych po niższych kosztach i przy niższym zużyciu energii niż w przypadku odpowiednika ropopochodnego, przy jednoczesnej sekwestracji CO2, a nie jego emisji. Jednak niższe ceny ropy naftowej doprowadziły firmę do bankructwa, a kwas bursztynowy pochodzący z bioproduktów jest obecnie ledwo produkowany.
Chemikalia laboratoryjneEdit
Kilka chemikaliów laboratoryjnych jest kontrowersyjnych z punktu widzenia Zielonej chemii. Massachusetts Institute of Technology stworzył Kreator „Zielonych” Alternatyw, aby pomóc w identyfikacji alternatyw. Bromek etydyny, ksylen, rtęć i formaldehyd zostały zidentyfikowane jako „najgroźniejsze przestępstwa”, dla których istnieją alternatywy. Rozpuszczalniki w szczególności w dużym stopniu przyczyniają się do wpływu produkcji chemicznej na środowisko i coraz większy nacisk kładzie się na wprowadzanie bardziej ekologicznych rozpuszczalników na najwcześniejszym etapie rozwoju tych procesów: metody reakcji i oczyszczania w skali laboratoryjnej. W przemyśle farmaceutycznym, zarówno GSK jak i Pfizer opublikowały przewodniki doboru rozpuszczalników dla swoich chemików zajmujących się odkrywaniem leków.