5
Zielona chemia – podstawą
ochrony środowiska XXI wieku
Tadeusz Paryjczak
Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej
Politechniki Łódzkiej
1. Wprowadzenie i stan środowiska
Wiek XXI jest powszechnie uwaŜany za początek ery ekologicznej,
która następuje po erze rolniczej i przemysłowej [1÷4].
Sądzi się, Ŝe cywilizacja w swoim aktualnym rozwoju osiągnęła juŜ
stan krytyczny. Spowodowane to jest z niebezpiecznie wysokim stopniem inge-
rencji człowieka w środowisko i rozmiarem juŜ dokonanych zniszczeń. Skutki
tej ingerencji mają charakter nie tylko lokalny, ale teŜ globalny-światowy [1÷3].
Groźnej dewastacji ulega szczególnie gleba (nagromadzenie toksycznych metali
cięŜkich, promieniotwórczych nuklidów, pestycydów i innych). ZuŜywanie
warstwy stratosferycznego ozonu spowodowało ocieplenie klimatu, nie mówiąc
juŜ o zanieczyszczeniu wody.
Obecnie najwaŜniejszym wyzwaniem dla ludzkości staje się rozwiązywa-
nie problemów ekologicznych, gdyŜ mogą one w przyszłości zagrozić istnieniu
ludzi jako gatunku biologicznego. Według oszacowań ekspertów Międzynarodowej
Organizacji Zdrowia (WHO) ¾ wszystkich chorób człowieka to choroby związane
ze złym stanem środowiska naturalnego. Najbardziej niebezpieczne są tzw. ekolo-
giczne zachorowania (nowotwory złośliwe, astma oskrzelowa, upośledzenia wątro-
by, niektóre patologie odpornościowe i wewnątrz wydzielnicze, naruszenie zdrowia
reprodukcyjnego jak i bezpłodność, poronienia, wady rozwoju itp.). Źródłem zanie-
Tadeusz Paryjczak
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
2
czyszczeń dla człowieka mogą być róŜne produkty techniczne, materiały budowla-
ne, wyposaŜenie i osobista działalność w granicach naszych domowych środowisk.
Międzynarodowe przepisy prawne regulują tylko mały ułamek potencjalnie szko-
dliwych chemikaliów, które znajdują się w środowisku naturalnym w wyniku ludz-
kiej działalności jak i naturalnego pochodzenia [5,6]. Niektórzy nawet uwaŜają, Ŝe
trudno nam będzie szybko pozbyć się obecności toksycznych substancji w środowi-
sku, które były gromadzone przez ponad 50 lat.
Przyczyny degradacji środowiska na skalę globalną wiąŜą się najczę-
ś
ciej z rosnącą liczbą ludzi Ŝądających coraz wyŜszego standardu Ŝycia i sięga-
jących w tym celu do technologii i praktyk, które zanieczyszczają lub dezinte-
grują środowisko naturalne [6]. Znana jest formuła Ehricha i Holderna opisują-
ca to zjawisko:
I = PAT
Oznacza ona, Ŝe wpływ na środowisko (I – environmental impact) rów-
ny jest iloczynowi populacji (P – product of population), dochodu na osobę [A]
(A – afluence per capital) i zastosowanej technologii (T – technological).
W okresie ostatnich pięćdziesięciu lat liczba ludzi zwiększyła się
z 2,5 mld do ponad 6 mld co postawiło przed ludzkością niezwykle odpowie-
dzialne, perspektywiczne zadania dalszego kompleksowego rozwoju. Te zada-
nia niezaleŜnie od poglądów demografów na dalszy rozwój populacji (stabiliza-
cja na poziomie 8 mld juŜ w roku 2050 lub 14 mld dopiero w roku 2125) stoją
juŜ obecnie przed międzynarodową społecznością, rządami poszczególnych
państw ale równieŜ przed instytucjami badawczymi i technologami.
Szczególnie istotne są działania słuŜące rozwiązywaniu problemów
ochrony zdrowia i wyŜywienia, zaspakajania potrzeb energetycznych, racjonal-
nego gospodarowania surowcami przy równoczesnym zachowaniu ostrych,
wymagań ochrony środowiska. We wszystkich wymienionych dziedzinach
chemia była, jest i będzie jedną z najwaŜniejszych gałęzi przemysłu tworzących
postęp, a więc oczywistym fundamentem rozwoju cywilizacji i kultury. Obecny
rozwój nauki, techniki i najogólniej kultury materialnej wskazuje, Ŝe chemia
utrzyma swą pierwszoplanową rolę w tym rozwoju, a nawet ją zwiększy.
W XX wieku rozwój chemii przyczynił się do ograniczenia, a nawet li-
kwidacji tych chorób, które dziesiątkowały ludzkość przez tysiąclecia. Stało się
to dzięki syntezie licznych leków w tym antybiotyków. Miedzy innymi w sku-
tek tego, przeciętna długość Ŝycia wzrosła z 47 lat w 1900 do 75 w końcu wieku
[3,6]. Chemia przyczyniła się do poprawy jakości Ŝycia we wszystkich dziedzi-
nach; transporcie, komunikacji, zdrowiu, przemyśle spoŜywczym, przemyśle
odzieŜowym, gospodarstwie domowym i innych przejawach egzystencji czło-
wieka. Szczególnie istotna rola przypadła chemii w ochronie zbiorów i zwięk-
Zielona chemia – podstaw
ą
ochrony
ś
rodowiska XXI wieku
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
3
szeniu ich wydajności, co ograniczyło widmo głodu [1÷7]. Niestety te niewąt-
pliwe osiągnięcia i fascynacje nimi pozostawiły w cieniu zainteresowanie
o uniknięcie zagroŜeń środowiskowych.
Wprawdzie przemysł chemiczny jest tylko w części przyczyną zagroŜeń
(energetyka i transport znajdują się na czele tej niechlubnej listy) to jednak czę-
sto jest uwaŜany za głównego winowajcę. Paradoksalnie przyczynił się do tego
rozwój samej chemii, a zwłaszcza technik analitycznych, umoŜliwiających mie-
rzenie minimalnych stęŜeń substancji toksycznych [2]. Uświadomiło to społe-
czeństwu niebezpieczeństwa ze strony toksycznych substancji chemicznych, co
przy powszechnej ich obecności, tajemniczych przemianach oraz posługiwaniu
się hermetycznym językiem przyczyniło się do powstania swoistej „chemofo-
bii” [2,3,8]. MoŜna by Ŝartobliwie stwierdzić, Ŝe często dzisiejsza opinia
o chemii i chemikach w społeczeństwie jest bliska tej jaka w swych „Opowie-
ś
ciach Kanterberyjskich” zawarł XIV-wieczny poeta angielski Goeffrey
Chaucer:
„Zawsze i wszędzie i o kaŜdej porze
MoŜna ich poznać po wstrętnym fetorze
Jak kozły śmierdzą dla całego świata
Na milę naprzód ten odór zalata,
Taki gorący i przenikliwy,
Wierz mi, niech zmyka kaŜdy kto Ŝywy.”
W XXI wieku – erze ekologicznej musi być stosowana nowa strategia –
strategia zrównowaŜonego rozwoju, która zapewni trwałą równowagę pomiędzy
koniecznym zaspokojeniem potrzeb społeczno-ekonomicznych ludzkości,
a wymogami szeroko pojętej ochrony środowiska i harmonijnego z nim współ-
Ŝ
ycia. Wymóg ochrony środowiska ma być traktowany jako nadrzędny priory-
tet, któremu podporządkowane zostaną wszystkie inne przesłanki rozwoju. Eko-
logia jako troska o przyrodę w najszerszym znaczeniu staje się głównym celem
nauki a takŜe polityki. Nie oznacza to rezygnacji z postępu cywilizacyjnego
który jest niezbędny dla dobra obecnych i przyszłych pokoleń. W Apelu He-
idelberskim do przywódców świata, grono laureatów nagrody Nobla w 1999
roku wskazuje, Ŝe „największym zagroŜeniem dla ziemi jest ignorancja i ucisk,
a nie nauka, technologia ani nawet przemysł. Te ostatnie są natomiast niezastą-
pionymi narzędziami zdolnymi do ukształtowania przyszłości ludzkości; wolnej
od głównych problemów świata takich jak przeludnienie, głód i choroby” [9].
Termin „sustainable development” (zrównowaŜony rozwój, rozwaŜny, trwały)
uŜyto po raz pierwszy w Raporcie Brundflanda jeszcze w 1987 roku na określe-
nie poŜądanego modelu dalszego rozwoju cywilizacji [10]. Raport definiuje to
Tadeusz Paryjczak
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
4
pojęcie jako; „zaspokojenie potrzeb obecnych pokoleń bez naruszenia moŜliwo-
ś
ci przyszłych pokoleń do zaspokojenia swoich potrzeb”.
W zmodyfikowanej formie ustalonej na „Szczycie Ziemi” w Rio de Ja-
nerio w1992 roku i dziesięć lat później („Rio +10”) o zrównowaŜonym rozwoju
mówi się jako: „równym zaspokajaniu potrzeb obecnych i przyszłych pokoleń
w ich rozwoju, w warunkach koniecznego zachowania środowiska”. Ujęcie to
oznacza w zasadzie zgodę na wykorzystanie surowców nieodnawialnych, ale
w moŜliwie małych ilościach, a takŜe oczywiście wykorzystanie surowców
odnawialnych, roślinnych i zwierzęcych. ZrównowaŜony rozwój musi pogodzić
trzy cele: ekonomiczny, środowiskowy i społeczny (w języku angielskim 3E;
Economy, Environment, Equity).
ZrównowaŜony rozwój jest często pojmowany jako humanitarna kon-
cepcja rozwoju słuŜącemu poprawie jakości Ŝycia i dobrobytu ludzkości w wa-
runkach ograniczonych zasobów ziemi, uwzględniający dalekosięŜne skutki
działalności przemysłowej czyli tzw. „etykę środowiska” obejmującą poszano-
wanie przyrody i ochronę środowiska.
Idea „zrównowaŜonego rozwoju” dała początek róŜnym programom
pochodnym, wprowadzających zasady nowych zachowań i nowych obowiąz-
ków producenta, w tym nowych metod produkcji w postaci tzw. „zrównowaŜo-
nych technologii” (sustainable technologies). Bliskoznaczne pojęcia „czyste
technologie” (clean technologies) lub „zielone technologie” (green technolo-
gies) oznaczają w zasadzie idealne wersje technologii w pełni przyjazne środo-
wisku. Wszystkie te terminy są traktowane jako synonimy.
W początkach lat 90-tych ubiegłego stulecia powstał na świecie nowy
ruch naukowo-społeczny o znaczeniu historycznym, który za cel podstawowy
przyjął połoŜyć kres zagroŜeniom Ŝycia, zanieczyszczeniom niebezpiecznymi
substancjami środowiska przez technologię chemiczną. Ruch ten przyjął nazwę
„green chemistry” i stanowi zupełnie nowe podejście do rozwiązywania trudnych
problemów środowiskowych. Zielona chemia jest piątą w ciągu ostatnich 45 lat
inicjatywą uwzględniającą ochronę środowiska naturalnego w rozwoju przemysłu
i wpływu na ten rozwój. Pierwszą inicjatywą była tzw. teoria przemysłowa
(1960÷1970), następnie teoria regulacyjna (1970÷1982), teoria tzw. odpowie-
dzialności społecznej (1982÷1988) i teoria strategiczna (1988÷1993). W odróŜ-
nieniu od wymienionych inicjatyw, które były konfliktogenne w relacji rząd,
przemysł, towarzystwa ubezpieczeniowe, zielona chemia zaciera te konflikty,
następuje współdziałanie rządu, przemysłu, społeczeństwa, nauki, towarzystw
naukowych. Jest to wielka siła zielonej chemii w aspekcie strategicznego celu.
Na świecie pracuje około 3 mln chemików, często nie zdają sobie spra-
wy, Ŝe wytwarzając kilka tysięcy nowych produktów, nie mają dostatecznej
wiedzy o ich potencjalnym toksycznym działaniu albo potencjalnej interreakcji
z innymi materiałami w środowisku naturalnym. Wprowadzenie znajomości
Zielona chemia – podstaw
ą
ochrony
ś
rodowiska XXI wieku
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
5
toksykologii i świadomości ekosystemów powinien być kluczowym składni-
kiem edukacji chemicznej. Niestety społeczeństwa uświadamiają sobie tylko
w małym stopniu iŜ droga do czystego środowiska prowadzi przez chemię.
Osiągnięcia chemii i technologii chemicznej przyczyniły się w ostatnich 30
latach do znacznego usunięcia zagroŜeń i jakościowej poprawy czystości śro-
dowiska. Potwierdzają to przykłady: opracowanie samochodowych katalizato-
rów trójfunkcyjnych (TWC), zastosowanie na szeroką skalę odsiarczania paliw
i gazów odlotowych, usuwanie lotnych związków organicznych (Voc’sów)
oczyszczanie i uzdatnianie wody, zbadanie czynników odpowiedzialnych za
zmiany w warstwie ozonowej, opracowanie polimerów „przyjaznych” środowi-
sku (biodegradowalnych), próby utylizacji ditlenku węgla i wiele innych [2,6].
2. Zielona chemia i jej historia
Pojęcie green chemistry – zielonej chemii zostało uŜyte przez Anastasa
po raz pierwszy w 1991 roku w programie Amerykańskiej Agencji Ochrony
Ś
rodowiska (US Environmental Protection Agency EPA) [11]. Była to bezpo-
ś
rednia odpowiedź na uchwaloną w 1990 roku w USA ustawę o zapobieganiu
zanieczyszczeniom u źródła i odejściu w ochronie środowiska od działania „na-
kazowo-kontrolnego” [12]. JuŜ w 1993 roku powstał kompleksowy „Program
Zielonej Chemii” (US Green Chemistry Program) obejmujący współpracę, poza
Agencją Ochrony Środowiska, równieŜ inne instytucje m.in. Narodową Funda-
cję Nauki (National Science Foundation). Program zawiera większość działań
„zielonej chemii” w tym Konferencje Zielonej Chemii i InŜynierii oraz Konkurs
Prezydenta USA (US Presidential Green Chemistry Challange Award) w któ-
rym od 1996 roku przyznaje się nagrody w pięciu kategoriach w zakresie zielo-
nej chemii.
Nagrody w zakresie zielonej chemii przyznaje się teŜ we Włoszech,
Niemczech, Wielkiej Brytanii i Australii. W ciągu 14 lat od pojawienia się ter-
minu zielona chemia nastąpił szybki rozwój badań, powstały placówki badaw-
cze w uczelniach i przemyśle. Rozwinięto międzynarodową współpracę nauko-
wą, działalność edukacyjną i informacyjną. W 1997 powołano w USA Instytut
Zielonej Chemii [13], który ma 20 oddziałów w 20 krajach. Instytuty Zielonej
Chemii powstały w Wielkiej Brytanii [14], Japonii [15] i we Włoszech [16].
Zorganizowano szereg konferencji i sympozjów dotyczących zielonej chemii.
Pierwszą konferencję juŜ w 1993 roku, a pierwszą konferencję pod patronatem
IUPAC w Wenecji w 1997 roku. Odbyły się seminaria np. International Sympo-
sium of Green Chemistry (2001), Green Solvents for Catalysis (2002) i inne.
Pierwsza polska konferencja pt. „Zielona Chemia” odbyła się we Wrocławiu
w 2003 roku [6].
Tadeusz Paryjczak
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
6
Powstały specjalistyczne czasopisma naukowe: Green Chemistry-1999
rok (wydawca UK Royal Society of Chemistry) i „Journal of Clean Processes
and Products” w 1998 r. (wydawca Springer-Verlag), a szereg innych czaso-
pism wprowadziło działy „zielonej chemii”. Ukazało się takŜe wiele monografii
[18,19,21,22,41÷43], odrębnych zeszytów czasopism m. in. w „Accounts of
Chemical Research”, „Catalysis Today” i artykułów monograficznych
[6÷8,20,28]. Polska literatura wzbogaciła się o wnikliwe i obszerne studium
Burczyka [17]. Licznie są reprezentowane pozycje Anastasa i jego współpra-
cowników [18÷21]. W 2002 roku ukazała się cenna monografia z zakresu zielo-
nej chemii i technologii [22].
Ś
rodowiska naukowe, przemysłowe i polityczne uświadomiły sobie, Ŝe
„zielona chemia” stała się jednym z najwaŜniejszych problemów społecznych,
ekonomicznych i ekologicznych współczesnej nauki i techniki.
Wnosi ona bowiem istotny wkład do zrównowaŜonego rozwoju ludzko-
ś
ci poprzez;
Opracowanie i wdraŜanie do produkcji nowych metod oszczędnego prze-
twarzania surowców naturalnych,
Redukcję emisji szkodliwych dla środowiska odpadów gazowych ciekłych
i stałych,
Wykorzystanie nowych źródeł energii,
Dostarczanie nowych bezpiecznych dla człowieka i środowiska produktów.
„Zieloną chemię” doceniły najwyŜsze władze Stanów Zjednoczonych
Ameryki Północnej. Prezydent George W. Busch wezwał w czerwcu 2001 lide-
rów przemysłu i edukacji do stosowania zasad „zielonej chemii” w celu osią-
gnięcia sukcesów w ochronie środowiska i dobrej koniunktury w gospodarce.
Okazało się, Ŝe zielone technologie nie tylko chronią środowisko natu-
ralne, ale równieŜ są korzystne z punktu widzenia ekonomicznego. Stwierdze-
nie „co dobre dla środowiska naturalnego jest dobre dla biznesu” staje się coraz
bardziej oczywiste i przenika do ludzi przemysłu.
„Zielona chemia” wkracza do takich dziedzin jak; kataliza, projektowa-
nie bezpiecznych syntez, bezpiecznych procesów technologicznych, metod
analizy chemicznej, polimerów, sufaktantów, pestycydów, wykorzystania mate-
riałów i surowców odtwarzalnych, rozpuszczalników (ciecze jonowe), wkracza
w zakres problemów badawczych, jak równieŜ utylitarnych i edukacyjnych.
3. Zasady zielonej chemii i ich znaczenie
Anastas i Warner [19] zieloną chemię definiują następująco: „Zielona
chemia jest to projektowanie produktów i procesów chemicznych, które zmniej-
szają lub eliminują uŜycie i wytwarzanie niebezpiecznych substancji” [19].
Zielona chemia – podstaw
ą
ochrony
ś
rodowiska XXI wieku
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
7
Rozwijając tę definicję Anastas i współpracownicy widzą zieloną chemię jako
nowoczesną syntezą sprzyjającą środowisku naturalnemu.
W odróŜnieniu od dotychczasowego podejścia „zielona chemia” wy-
maga projektowania, rozwijania i wprowadzania nowych technologii i chemika-
liów, mając stale w polu widzenia skutki ich wdroŜenia, zwłaszcza biorąc pod
uwagę zuŜycie surowców i powstałych odpadów.
Termin „niebezpieczne substancje” ma wg autorów bardzo szerokie
znaczenie:
fizyczne (np. palność zagroŜenie eksplozją),
toksykologiczne (np. rakotwórczość, mutagenność),
globalne (np. wpływ na zanikanie ozonu, zmiany klimatu, zagadnienia
energetyczne, zasoby czystej wody, surowców).
„Projektowanie” natomiast jest związane ze świadomym i rozwaŜnym
zastosowaniem kryteriów, zasad i metodologii „zielonej chemii” w przemyśle.
Szczególnego znaczenia w zielonej chemii nabiera tzw. zasada
oszczędności atomowej. Zasadę tę sformułował Trost [33]. Jej istota sprowadza
się do wyeliminowania lub ograniczenia produktów ubocznych w nowocze-
snych syntezach chemicznych, poprzez wkomponowanie moŜliwie wszystkich
atomów znajdujących się w wyjściowych reagentach w produkt reakcji [34,35].
Dotychczas obowiązywała idea „zrób projekt przy jakimkolwiek koszcie”.
Z oszczędności atomowej moŜna obliczyć wielkość odpadów w postacie współ-
czynnika E wyznaczającego ilość odpadów w kg/kg produktu. W róŜnych gałę-
ziach przemysłu wartości współczynnika E wahają się w szerokich granicach,
np. w przemyśle farmaceutycznym wartość współczynnika E sięga 100, pod-
czas gdy w procesach przeróbki ropy naftowej wartość ta nie przekracza zwykle
0,1. W produkcji masowych chemikaliów E waha się 1÷5.
Tabela 1. Współczynnik E w przemyśle chemicznym
Table 1. E factor in chemical industry
Rodzaj produktu
Produkt „tonaŜ”
E
Chemikalia
<10
4
÷10
6
<1
→
5
Fine chemicals
10
2
÷10
4
5
→
50
Farmaceutyki
10÷10
3
25
→
100
Znając wielkość E moŜna próbować określić udział „zielonej chemii”
w otrzymanym produkcie. JeŜeli np. określona reakcja daje wydajność 75% (nie
przereagowane substraty zawrócone do obiegu) i niewiele produktów ubocz-
nych i jest alternatywna synteza dająca wyŜszą wydajność przy zmniejszonej
Tadeusz Paryjczak
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
8
ekonomii atomowej, to reakcja pierwsza była by bardziej odpowiednia dla śro-
dowiska. Większość podręczników chemii organicznej nie odnosi się do eko-
nomii atomowej jako koniecznego warunku procesu. Oto zasady określające
zakres i istotę zielonej chemii.
4. Zasady zielonej chemii
1.
Lepiej zapobiegać tworzeniu zanieczyszczeń i odpadów niŜ je uniesz-
kodliwiać.
2.
Syntezy powinny być projektowane w taki sposób, aby do końcowego
produktu wprowadzić jak najwięcej materiałów wyjściowych (Ekono-
mia atomowa).
3.
Tam, gdzie jest to tylko moŜliwe, syntezy chemiczne powinny być prze-
prowadzane z udziałem reagentów i materiałów nietoksycznych lub
o nieznacznej toksyczności.
4.
Powinno się dąŜyć do wytwarzania produktów alternatywnych, które za-
chowując swoje funkcje (np. lecznicze lub owadobójcze), są nietoksyczne.
5.
Substancje pomocnicze (rozpuszczalniki, czynniki rozdzielania) powin-
ny być wyeliminowane, a tam gdzie jest to niemoŜliwe naleŜy stosować
substancje nieszkodliwe.
6.
Niezbędna jest szczegółowa analiza i konieczność minimalizowania
nakładów energetycznych. NaleŜy dąŜyć do prowadzenia syntez che-
micznych w temperaturze i pod ciśnieniem otoczenia.
7.
Gdzie tylko jest to moŜliwe, powinno się dąŜyć do stosowania surowców
odnawialnych.
8.
NaleŜy unikać, tam gdzie moŜliwe, blokowania grup funkcyjnych
w celu zapobieŜenia reakcjom ubocznym przez zastosowanie wysoce se-
lektywnych katalizatorów , w tym enzymów.
9.
Reakcje katalityczne (szczególnie wysokoselektywne) powinny być
przedmiotem preferencji.
10.
NaleŜy dąŜyć do produkcji materiałów chemicznych, ulegających bio-
degradacji po zuŜyciu.
11.
Niezbędne jest rozwijanie metod analitycznych „on line”, umoŜliwiają-
cych ciągły monitoring produkcji, w aspekcie zapobiegania powstawa-
niu niebezpiecznych substancji.
12.
Reagenty oraz sposoby ich wykorzystania w procesie chemicznym po-
winny być tak dobrane, aby w jak największym stopniu zmniejszyć ry-
zyko wypadków chemicznych, w tym wycieków niebezpiecznych sub-
stancji, wybuchów i poŜarów.
Zielona chemia – podstaw
ą
ochrony
ś
rodowiska XXI wieku
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
9
Zaproponowane przez Anastasa i Warnera zasady „zielonej chemii” by-
ły od dawna intuicyjnie przeczuwane, a wiele z nich ze względu na swoją
oczywistość było stosowanych zarówno w fazie projektowania na poziomie
molekularnym, jak i procedur inŜynieryjnych. Przytoczę tu powiedzenie Franci-
sa Bacon’a; „Niekiedy wydaje się niewiarygodnym, Ŝe moŜna było dokonać
jakiegoś odkrycia. Ale gdy juŜ zostało dokonane, wydaje się niewiarygodne, Ŝe
tak długo umykało ludzkiemu poznaniu”. Zasady te są uszczegółowieniem
i równocześnie poszerzeniem znanych lecz nie dość dobrze postrzeganych za-
sad technologicznych [36]. „Zielona chemia” jest nauką interdyscyplinarną. To
nowy, perspektywiczny i długofalowy sposób myślenia który zawarto w 12
zasadach zielonej chemii. Kataliza naleŜy do podstawowych narzędzi realizo-
wania wszystkich 12 zasad „zielonej chemii” wychodząc od badań podstawo-
wych do zastosowań przemysłowych. Stosowanie 12 zasad „zielonej chemii”
równocześnie w procesie chemicznym nie jest łatwe, a nawet nie moŜliwe –
wymaga opracowania nowych technologii, nowego spojrzenia na chemię i pro-
ces technologiczny, choć wiele juŜ w tym kierunku w praktyce robiono. Trzeba
się wziąć pod uwagę, Ŝe przemysł chemiczny jest kapitałochłonny i to powodu-
je, Ŝe zmiany technologiczne są w nim tak powolne. Dynamika postępu
w przemyśle chemicznym jest zdominowana często powiększeniem skali.
Przemysł skupia się raczej na innowacji procesu niŜ innowacji produktu. Cho-
ciaŜ innowacja procesu w sektorze chemicznym jest tez często ryzykowna, dro-
ga i trudna – wymaga wszechstronnych umiejętności i długiego czasu [28].
AŜeby sprostać oczekiwaniom odnośnie tempa wprowadzania „zielonej chemii”
do przemysłu, konieczny jest wyŜszy stopień rozwoju tego przemysłu, a więc
zielona chemia jest dobrym bodźcem do jego unowocześniania. Przemysł kom-
puterów osobistych jest jednym z najszybciej rozwijających się przemysłów, ze
zmianą technologii produktu mniejszym niŜ 6 miesięcy i cyklem technologicz-
nym procesu 2÷4 lat. Dla przemysłu półprzewodnikowego wynosi to odpo-
wiedni o 1÷2 i 3÷10 lat. Na drugim końcu jest przemysł petrochemiczny, z no-
wym cyklem technologicznym produktu wynoszącym 10÷20 lat. Podstawowe
procesy zmieniają się dopiero co 20÷40 lat. Przemysł farmaceutyczny znajduje
się w połowie z cyklem produktu 7÷15 lat i cyklem procesu 5÷10 lat [28].
ChociaŜ rośnie w świecie nacisk na prowadzenie badań stosowanych to
tylko poniŜej 25% publikacji ma aspekt aplikacyjny. Około 55% publikacji
z chemii zainteresowanych jest ulepszeniem moŜliwości syntetycznych reakcji
bez ich bezpośredniego celu aplikacyjnego. Liczba publikacji uŜywających słowa
„zielona chemia” wzrasta o kilkaset rocznie. Powstała nowa literatura kierująca
się 12 zasadami zielonej chemii, która tworzy wiedzę szerokiego zasięgu interdy-
scyplinarną i jest bazą i narzędziem pokazującym zręczność chemii jako nauki we
współczesnym świecie. „Zasady” są wytyczną w prowadzeniu badań, edukacji,
podnietą dla róŜnych programów badawczych (EPA, NSF, DOE i USDA). W grę
Tadeusz Paryjczak
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
10
wchodzi zdobywanie jak największej ilości serc i umysłów, co ma większe zna-
czenie od jakiejkolwiek korporacji czy instytucji formalnych. Źródłem siły zielo-
nej chemii jest codzienny proces myślowy, który nakazuje ludziom jak mają po-
stąpić, stosując jej zasady, kiedy rano przychodzą do pracy i wieczorem rozmy-
ś
lają nad stanem środowiska zostawionego przyszłym pokoleniom. 12 zasad „zie-
lonej chemii” powinno być widziane jako konstytucja dla praktycznego działania
chemika. Bardzo trudnym zastosowaniem zielonej chemii jest ograniczenie sto-
sowania takich związków chemicznych i generowania takich półproduktów, które
były by w jakimkolwiek etapie szkodliwe. Większość związków chemicznych
jest szkodliwa, substratami w produkcji farmaceutyków, barwników, kosmety-
ków, tworzyw sztucznych są nawet substancje toksyczne, np. aspirynę czy polo-
pirynę otrzymuje się z toksycznego fenolu i szkodliwego bezwodnika kwasu
octowego i obecnie nie widać alternatywy.
Niektóre z zasad „zielonej chemii” stały się inspiracją powstania no-
wych dyscyplin chemii i technologii. Dyscypliny te rozwijają się juŜ intensyw-
nie i samodzielnie obok „zielonej chemii”. Myślę tu o piątej zasadzie mówiącej
o bezpiecznych rozpuszczalnikach lub rezygnacji ze stosowania rozpuszczalni-
ków w ogóle, wynaleziono ciecze jonowe – nowe rozpuszczalniki nie palne
i nie lotne [44,45]. RóŜnorodna synteza tych związków, oznaczanie ich właści-
wości i szerokie zastosowanie, nie tylko jako rozpuszczalnika, ale równocześnie
katalizatorów spowodowało [46÷50], Ŝe wyodrębniła się nowa samodzielna
dyscyplina naukowa – ciecze jonowe. W ramach piątej zasady naleŜy zwrócić
uwagę na rozpuszczalniki w stanie nadkrytycznym. Najpopularniejszy w zasto-
sowaniu technologicznym jest nadkrytyczny ditlenek węgla, który spełnia zasa-
dy zielonej chemii i pozwala wprowadzać nowe technologicznie procesy eks-
trakcji i syntezy chemicznej [3,8,17,51÷53,59÷60].
Wyodrębnia się nowa dziedzina nauki – rozpuszczalniki w stanie nad-
krytycznym której inspirację dały takŜe zasady zielonej chemii. Technologie
z udziałem scCO
2
jako rozpuszczalnika znalazły uznanie m.in. w postaci Presi-
dental Green Chemistry Challenge Award w USA i innych wyróŜnień. Z waŜ-
nych zalet scCO
2
jako medium ekstrakcyjnego jest brak zanieczyszczeń w po-
staci śladów rozpuszczalników organicznych i metali cięŜkich w ekstrakcie.
Z tego powodu ekstrakcja nadkrytyczna ditlenkiem węgla ma szerokie zastoso-
wanie w nowoczesnym przemyśle spoŜywczym (otrzymywanie ekstraktu
chmielu, dekofenizacja kawy, wydzielanie związków biologicznie czynnych
z ziół, otrzymywanie esencji środków zapachowych itp.). Wprowadzenie scCO
2
do przemysłu stanowi przełom technologiczny. Obecnie juŜ ponad 100 firm
w USA, Finlandii, Niemczech stosuje nadkrytyczny CO
2
do ekstrakcji i oczysz-
czania róŜnych substancji, w licznych syntezach chemicznych, przemyśle ją-
drowym i półprzewodników [8]. Nadkrytyczny CO
2
ma duŜe znaczenie jako
medium organometalicznych reakcji zielonej chemii. W środowisku scCO
2
Zielona chemia – podstaw
ą
ochrony
ś
rodowiska XXI wieku
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
11
takie procesy przebiegają z duŜą szybkością i wysoką selektywnością, ułatwia-
jąc rozdzielenie produktu, nie przereagowanego składnika i katalizatora
[54÷57]. Spośród płynów w stanie nadkrytycznym jako rozpuszczalnik ma za-
stosowanie równieŜ woda. Woda w pobliŜu punktu krytycznego wykazuje silny
wzrost objętości, wzrost stęŜenia jonów hyroniowych i hydroksylowych, spadek
przenikalności elektrycznej. DuŜe stęŜenie jonów hydroniowych i hydroksylo-
wych sprzyja katalizie kwasowo-zasadowej np. w hydrolizie estrów benzoeso-
wych w celu otrzymania kwasu benzoesowego. Reakcje rozkładu związków
organicznych w scH
2
O mogą być wykorzystane do usuwania ze ścieków szko-
dliwych dla środowiska składników (tzw. technologia wet oxidation in supercri-
tical water) [8].
Dzięki inspiracji zielonej chemii nastąpiło silne rozwinięcie badań do-
tyczących ogrzewania mikrofalowego w procesach produkcyjnych (zasada 6)
[58]. Powstała tzw. „chemia mikrofalowa”. Dopływająca do reaktora energia
mikrofalowa zostaje zaadsorbowana bezpośrednio przez reagujące substraty,
a nie przez ściany reaktora. Nie ma gradientu temperaturowego między ścian-
kami reaktora, a mieszaniną reagującą. Gradienty wewnątrz mieszaniny reagen-
tów mogą być wyrównane przez mieszanie. MoŜliwe jest teŜ w autoklawach
mikrofalowych ogrzewanie tylko jednej fazy. Reakcje zwłaszcza wielofazowe
w polu mikrofalowym przebiegają dziesiątki a nawet setki razy szybciej od
dawniej poznanych szybkości konkretnych reakcji chemicznych. Cechą charak-
terystyczną ogrzewania mikrofalowego jest to, Ŝe z chwilą włączenia ogrzewa-
nia lub wyłączenia go następuje natychmiastowy dopływ energii lub przestaje
ona dopływać. Nietrwałe produkty mogą być natychmiast wychłodzone tuŜ po
etapie ich ogrzewania. Wiele produktów reakcji chemicznych, udaje się prze-
chwycić bez dodania dodatkowych reagentów a więc bez pochodnych, co jest
istotą 8 zasady „zielonej chemii”. Zasady „zielonej chemii” są więc ze sobą
ś
ciśle powiązane niŜ by się to początkowo wydawało. Realizując jedną zasadę,
uzyskuje się efekty wynikające równieŜ z innej zasady. Są więc one ściśle ze
sobą powiązane, co więcej stosując je uzyskuje się lepsze efekty ekonomiczne
i mniej zagraŜa środowisku, mniejsze jest obciąŜenie środowiska odpadami
i jest mniejsze jego skaŜenie. Szczególne znaczenie ma zielona chemii dla no-
woczesnego rolnictwa. Badania w tej dziedzinie zmierzają przede wszystkim do
opracowania bardziej, selektywnych, skutecznych i przyjaznych środowisku
naturalnemu środków ochrony roślin, do wytwarzania biomasy jako surowca
chemicznego oraz do bardziej efektywnego stosowania nawozów mineralnych.
Np. firma Dow Agro-Sciences opracowała stabilizatory azotu (na podstawie
nitrapiryny) przeciwdziałające wypłukiwaniu i rozkładowi nawozów azotowych
w glebie, oraz nowy system zwalczania termitów o nazwie Sentricon, którego
podstawą jest heksaflumuron blokujący syntezę chityny wchodzącej w skład
pancerza pokrywającego ciało owadów (w 2000 roku firma uzyskała za Sentri-
con nagrodę Prezydenta USA). Wykorzystano tu zasadę 1, 3, 4, 10.
Tadeusz Paryjczak
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
12
5. Inne przykłady zastosowań zasad zielonej chemii w praktyce
Od 1996 roku w USA przyznawane są corocznie nagrody za opracowa-
nie i wdroŜenie nowych, bezpiecznych i przyjaznych środowisku naturalnemu
technologii chemicznych zgodnych z zasadami zielonej chemii (Presidental
Green Chemistry Challenge Award). Najlepszym przykładem zastosowania
zielonej chemii w praktyce są te nagrody. Oto niektóre z nich:
1.
W 2003 roku firma Sud-Chemie otrzymała nagrodę za opracowanie proeko-
logicznej metody otrzymywania stałych katalizatorów tlenkowych, która
pozwala na znaczną redukcję ilości wody procesowej oraz nie uŜywania
w procesie kwasu azotowego w wyniku czego unika się powstawania uciąŜ-
liwych i niebezpiecznych dla środowiska naturalnego odpadów azotano-
wych oraz emisji tlenków azotu w czasie praŜenia katalizatora. RóŜnorodne
postacie katalizatorów tlenkowych są powszechnie stosowane w przemyśle
chemicznym i rafineryjnym oraz w badaniach nad czystymi paliwami dru-
giej generacji z biomasy, z węgla i gazu ziemnego. Produkcja tych kataliza-
torów w skali światowej wynosi około 1 mln ton rocznie. Obecne metody
otrzymywania tych katalizatorów, polegają na utlenianiu sproszkowanego
metalu lub opiłek metalicznych kwasem azotowym w podwyŜszonej tempe-
raturze przy energicznym mieszaniu i wprowadzaniu do powstałego roz-
tworu azotanu, wody amoniakalnej lub sody kalcynowanej w celu wytrące-
nia wodorotlenku lub soli. Otrzymany osad przemywa się kilkakrotnie wo-
dą w celu usunięcia rozpuszczalnych azotanów i innych jonów oraz suszy
i poddaje kalcynacji. W nowej metodzie synteza przebiega w temperaturze
pokojowej w wyniku reakcji metalu z wodnym roztworem kwasu karboksy-
lowego jako czynnikiem aktywującym i tlenem z powietrza jako czynni-
kiem utleniającym. Przemiana metalu w jego tlenek trwa 24÷48 godzin,
a ilości nie przereagowanego metalu są zwykle mniejsze niŜ 1%. Zawiesinę
tlenku metalu w wodzie poddaje się następnie odparowaniu w celu usunię-
cia wody i aglomeracji cząstek tlenku z promotorami i innymi dodatkami
wchodzącymi w skład katalizatora. Otrzymany w ten sposób prekursor nie
wymaga przemywania wodą, wskutek czego zuŜycie wody wynosi jedynie
ok. 5% tych ilości wody procesowej, jakie zuŜywa się w konwencjonalnej
metodzie otrzymywania katalizatorów tlenkowych. Jedynymi odpadami są
para wodna oraz małe ilości H
2
i CO
2
. W rezultacie na kaŜdą tonę wypro-
dukowanego katalizatora unika się powstawania 75t wód ściekowych, 2,9t
odpadów azotowych i około 0,8t NO
x
. Jak wykazały badania katalizatory
wytwarzane nową metodą odznaczają się nawet lepszymi walorami uŜyt-
kowymi niŜ otrzymane metodą konwencjonalną. Opisany nowy proces
otrzymywania katalizatorów tlenkowych łączy kilka zasad zielonej chemii
(1,2,3,5,6) [61].
Zielona chemia – podstaw
ą
ochrony
ś
rodowiska XXI wieku
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
13
2.
Firma Agra Quest otrzymała w roku 2003 Nagrodę za opracowanie fungi-
cydu Serenade. Fungicyd Serenade naleŜy do coraz liczniejszych w ostat-
nich latach grup biopestycydów na podstawie ferromonów i drobnoustro-
jów, głównie drobnoustrojów rodzaju Bacillus, takich jak Bacillus Thunu-
giensis (Bt). Działanie tego fungicydu polega na przeciwgrzybicznej ak-
tywności przeszło 30 lipopeptydów, odkrytych przez naukowców firmy
Agra Quest szczepu QST-713 Bacillus subtilis. Opracowanie nowego fun-
gicydu wymaga około trzech lat i nakładów w wysokości około 6 mln USD,
podczas gdy opracowanie nowego pestycydu chemicznego wymaga nawet
10 lat i kosztuje około 180 mln USD. Dewizą firmy Agra Quest jest „zwal-
czanie drobnoustrojów drobnoustrojem bez stosowania chemikaliów”. Wy-
izolowano juŜ 25 tys. szczepów róŜnych drobnoustrojów, które posłuŜyły
do opracowania 22 produktów, w tym fungicydu Serenade, wytwarzanego
metodą fermentacyjną. Po zakończeniu fermentacji brzeczkę zawierającą
komórki B. subtilis, zarodniki i lipopeptydy zatęŜa się i suszy metodą roz-
pyłową a otrzymany proszek sprzedaje się jako taki lub w postaci zawiesiny
wodnej. Serenade wytwarza na powierzchni liści fizyczną barierę zapobie-
gającą przenikaniu patogenów do tkanek roślinnych, a lipopeptydy tworzą
mieszane micele, które dziurawią błony komórkowe grzybów, zapobiegając
w ten sposób ich rozwojowi. Próby polowe wykazały, Ŝe skuteczność tego
fungicydu jest taka sama lub nawet lepsza niŜ fungicydów chemicznych,
oraz ze nie wykazuje on działania toksycznego w stosunku do pszczół, pta-
ków, ryb, dŜdŜownic, a zawarte w nim lipopeptydy rozkładają się w ciągu
kilku dni na lipidy i aminokwasy. W sprzedaŜy Serenade znajduje się juŜ od
trzech lat (USA, Meksyk, Chile, Nowa Zelandia i Korsyka – główni świa-
towi producenci warzyw i owoców). Jednak na razie w skali Światowej na
biopestycydy przypada zaledwie powyŜej 1% łącznej wartości sprzedaŜy
pestycydów (28 mld USA), lecz udział ten stale rośnie (z roku na rok około
20÷30%). Otrzymywanie i stosowanie Serenade łączy teŜ kilka zasad zielo-
nej chemii (1,3,4,7,9,10) [61].
3.
Firma De Pont otrzymała w 2003 r. Nagrodę za opracowanie i wdroŜenie do
produkcji – fermentacyjnego procesu wytwarzania 1,3-propanodiolu (PDO)
z zastosowaniem rekobinowanego szczepu Escherichia coli jako biokatali-
zatora. W porównaniu z petrochemicznym dwustopniowym procesem
otrzymywania PDO, polegającym na hydroformylowaniu tlenku etylenu do
aldehydu 3-hydroksypropionowego i na uwodornieniu tego ostatniego do
1,3-propanodiolu, względnie podobnym procesem opartym na tlenku etyle-
nu i akroleinie, nowy fermentacyjny proces Du Ponta przebiega w tempera-
turze bliskiej temperatury pokojowej i nie wymaga stosowania katalizato-
rów metalicznych ani organicznych rozpuszczalników. Opracowanie bakte-
rii roboczej tj. modyfikowanego genetycznie szczepu Escherichia coli K12
Tadeusz Paryjczak
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
14
zajęło naukowcom firmy Du Ponta 7 lat. Wykorzystano w projekcie zasadę
(1,4,5,6,9) [61].
4.
Firma Shaw Industries otrzymała nagrodę za opracowanie i wdroŜenie do
produkcji bezpiecznych w uŜyciu i poddanych pełnemu recyklingowi polio-
lefinowych płytek podłogowych Eco Worx (zamiast tradycyjnych płytek
z poli(chlorowinylu) lub poliuretanu). Surowcami do produkcji płytek Eco
Worx jest „interpolimer”, składający się z polietylenu i co najmniej jednej
długołańcuchowej
α
-olefiny (np. 1-oktenu). Ze względu na duŜą elastycz-
ność materiału poliolefinowego nie wymaga on stosowania zmiękczaczy,
a jego toksyczność jest znikoma i odpowiada normom ustalonym dla two-
rzyw pozostających w kontakcie z produktami Ŝywnościowymi. W charak-
terze wypełniacza stosuje się w nim lotny popiół z elektrowni węglowych.
W porównaniu z płytkami PCV są one o 40% lŜejsze i podlegają pełnemu
recyklingowi. Dobrze wykorzystano zasadę (3, 4, 7, 10) [61].
5.
Przyznano teŜ w roku 2003 Indywidualną Nagrodę prof. Richardowi A.
Grossowi za prace podstawowe nad syntezą poliestrów przy uŜyciu lipaz
jako biokatalizatorów. Reakcje te przebiegają (kondensacji lub z otwarciem
pierścienia) w jednym naczyniu i nie wymagają rozpuszczalników, a ze
względu na wybitną selektywność biokatalizatorów nie zachodzi w nich
konieczność blokowania i odblokowywania reaktywnych grup bocznych.
Lipazy dzięki swej zdolności tworzenia wiązań estrowych – odznaczają się
niezwykle duŜą aktywnością w zakresie budowy i modyfikacji polimerów
wielkocząsteczkowych. Dzięki łagodnym warunkom procesowym i duŜej
selektywności katalizatora reakcje tego typu mają znaczną przewagę nad
tradycyjnymi polimeryzacjami przebiegającymi w obecności katalizatorów
chemicznych i są od nich bardziej atrakcyjne pod względem ekonomiczny-
mi ekologicznym. Lipazy normalnie rozszczepiają wiązanie C – O w trigli-
cerynach, podczas gdy w syntezach poliestrów enzymy te działają odwrot-
nie – zamiast rozszczepiać tworzą nowe wiązanie C – O. Udowodniono, Ŝe
immobilizowanie lipaz na nośnikach hydrofobowych zwiększa ich aktyw-
ność. Najczęściej stosowana w biokatalizie lipazą jest immobilizowana li-
paza B Candida antarctica w skrócie CALB znana pod nazwą handlową
Novozym 435 (nośnik porowatego polimetakrylanu). Zespół prof. Grossa
stosował tą lipazę w bezrozpuszczalnikowej kondensacji polioli(trzy lub
więcej grup hydroksylowych) oraz w polimeryzacji z otwarciem pierścienia
laktonów i cyklicznych węglanów. Przykładowo w wyniku bezpośredniej
kondensacji kwasu adypinowego z sorbitem, przebiegającej w temperaturze
90
o
C w ciągu dwóch dni i w obecności 1% wag. CALB jako biokatalizatora
tworzy się rozpuszczalny w wodzie polisorbityloadypinian o cięŜarze czą-
steczkowym 17000. AŜeby otrzymać polimer nierozpuszczalny w wodzie
część sorbitu w tej reakcji zastępuje się 1,8-oktanodiolem (tworzy się wtedy
Zielona chemia – podstaw
ą
ochrony
ś
rodowiska XXI wieku
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
15
terpolimer o cięŜarze cząsteczkowym 117000). Innym przykładem biokata-
litycznej syntezy poliestrów, jest polimeryzacja z otwarciem pierścienia ka-
prolaktanu do polikaprolaktanu. Przed rokiem 1997 w ciągu czterech dni
otrzymano ten polimer o cięŜarze cząsteczkowym 2000, natomiast dzięki
zastosowaniu immobilizowanego katalizatora CALB w obecności małych
ilości wody, uzyskuje się z duŜą wydajnością polimer o cięŜarze cząstecz-
kowym 45000 juŜ po 4 godzinach. W pracach syntezy poliestrów z powo-
dzeniem stosuje się zasady 1, 5, 6, 9 [61].
6.
Opracowano nową technologię otrzymywania kwasu bursztynowego, pole-
gającą na dwustopniowej fermentacji cukrów (z kukurydzy, buraków,
drewna) przy uŜyciu bakterii Escherichia coli. Zarówno sam kwas burszty-
nowy jak i jego sole i estry moŜna przekształcić w wiele poŜytecznych pro-
duktów. Między innymi sole kwasu bursztynowego cieszą się duŜym po-
wodzeniem jako nie korozyjne i mało toksyczne środki przeciwoblodze-
niowe (w kombinacji z glikolem), kwas bursztynowy moŜe słuŜyć jako śro-
dek zakwaszający w przemyśle spoŜywczym (podobnie jak kwas cytryno-
wy) oraz jako monomer do wytwarzania poliestrów.
7.
Katalityczne spalanie gazu ziemnego w turbinach gazowych. W procesie
tym obniŜenie temperatury spalania poniŜej 1500
o
C eliminuje praktycznie
powstawanie tlenków azotu, jednego z najbardziej uciąŜliwych toksykan-
tów atmosfery.
8.
Bielenie mas włóknistych w przemyśle celulozowo-papierniczym nadtlen-
kiem wodoru w obecności katalizatora Ŝelazowego, zamiast bardzo niebez-
piecznych dla środowiska utleniaczy chlorowych (moŜliwość powstawania
dioksyn).
9.
Zastosowanie dimetylowęglanu DMC jako alternatywy dla fosgenu w reak-
cjach karbonylowania. Proces DMC nie wytwarza produktów ubocznych,
doskonała selektywność.
10.
Biokatalityczna utylizacja odpadowej biomasy z przemysłu mleczarskiego
do produkcji biodegradowalnych środków odladzających drogi (octan
i priopionian wapniowo-magnezowy).
6. Zakończenie
Zainteresowanie tym fascynującym ujęciem chemii objęło juŜ więk-
szość krajów, w tym teŜ Polskę. „Zielona chemia” rozwija się burzliwie i często
chaotycznie.
Przyszłe zadania „zielonej chemii” są tak róŜnorodne, jak rozległa i bo-
gata jest przestrzeń chemii i jak rozległa jest naukowa wyobraźnia, tych którzy
się nią zajmują.
Badawcze wyzwania są liczne a lista ciągle otwarta.
Tadeusz Paryjczak
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
16
NajwaŜniejsze z nich to potrzeby energetyczne, rozwój alternatywnych
ź
ródeł energii np. geotermicznej, efektywnych fotoogniw galwanicznych, ener-
gooszczędnej produkcji, skutecznego rozkładu wody za pomocą światła w celu
uzyskania wodoru jako paliwa przyszłości itd.
Dalsze badania nad zastosowaniem katalizatorów i biokatalizatorów,
degradowalnych polimerów, efektywnych rozpuszczalników obok cieczy jono-
wych, rozpuszczalników w warunkach krytycznych. WaŜną dziedziną badań teŜ
jest teŜ otrzymywanie materiałów o odpornej chemicznie i mechanicznie po-
wierzchni.
Usuwanie CO
2
i innych gazów cieplarnianych oraz ich utylizacja to ko-
lejne wyzwanie o pierwszorzędnym znaczeniu.
Zapoznanie się z filozofią i praktyką zielonej chemii potrzebne jest nie
tylko studentom, ale równieŜ uczonym. NaleŜy wprowadzić „zieloną chemię”
do programów kształcenia, podręczników i egzaminów.
MoŜna powtórzyć za Anastasem, Ŝe w przyszłości, kiedy filozofia zie-
lonej chemii stanie się powszechnie przyjęta, wyodrębnianie jej nie będzie po-
trzebne.
Literatura
1.
Rene van Berkel Plenary Lecture Cleaner Production for Process T. Paryjczak,
Rola „zielonej chemii” w ochronie środowiska, wyd. Polit. Szczecińskiej, styczeń
2002. Industries, CHEMCA 2000, Perth, 9-12 July 2000.
2.
Paryjczak T.: Rola „zielonej chemii” w ochronie środowiska. Wyd. Politechniki
Szczecińskiej. styczeń 2002.
3.
Paryjczak T., Lewicki A.: Przemysł Chem., 82(8-9), 525, 2003
4.
Schneider S. A.: Laboratorium Ziemia. Wyd. CiS, Warszawa 1998.
5.
Steinemann A., Tickner J.: Env. Impact, Acc. Review, 24, 661, 2002.
6.
„Zielona Chemia” pod red. R. Bogoczka, Wyd. Akademii Ekonomicznej we Wro-
cławiu, 2004, Paryjczak T., str. 24.
7.
Ritter S. Ka.: Cenear 20, 38, 2002.
8.
Misja Chemii pod redakcją B. Marcińca, Wyd. Poznańskie, Poznań, 2004, Paryj-
czak T., Lewicki A., Zaborski M., str 299.
9.
„Heidelberg Apel to Heads of States and Governments”, Paris, No 7/8, 121, 1992.
10.
„Our Common Future” UN World Commissions on Environment and Develop-
ment, 1987.
11.
Anastas P.T., Kirchhoff M.M.: Acc. Chem. Res. 2002, 35(9), 686.
12.
Pollution Prevention Act of 1990, 42 U. S. C. 1990, Section 13101-13109.
13.
Green Chemistry Institute
http://www.chemistry.org/greenchemistryinstitute
.
14.
http://www.chemsoc.org/networks/gcn/
15.
http://www.gscn.net/indexE.html
16.
http://helios.unive.it/inca/
17.
Burczyk B.: Wiad. Chem., 56(9-10), 709, 2002.
18.
Tundo P., Anastas P.: Green chemistry: challenging perspectives. Oxford Univ.
Press, Oxford 2000.
Zielona chemia – podstaw
ą
ochrony
ś
rodowiska XXI wieku
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
17
19.
Anastas P.T., Warner J.: Green Chemistry. Theory and Practice. Oxford Univ.
Press, Oxford 1998.
20.
Anastas P.T., Kirchhoff M.M., Williamson T.C.: Appl. Catal. A, General, 221,3, 2001.
21.
Anastas P.T., Heine L.G., Willamson T.C.: Green Chemical Syntheses and
Processes. Am. Chem. Soc., Washington 2000.
22.
Handbook of Green Chemistry and Technology, Red. James Clark and Dunkan
Macquarrie Blackwell Science 2002.
23.
Hoelderich W.F.: Catal. Today, 62, 115, 2000.
24.
Special Issue Environmental Catalysis, Green Chemistry, Catal. Today, 62, 55, 2000.
25.
Materiały EPA (United Stades Environmental Protection Agency) Presidential
Green Chemistry Challenge, Office of Pollution Prevention and Toxics 2002.
26.
Clark J.H., Rhodes C.N.: Clean Synthesis Using Porous Inorganic Solid Catalysts
and Supported Reagents. The Royal Society of Chemistry, Cambridge 2000.
27.
Armor J. N., Appl. Catalysis A General, 189, 153, 1999.
28.
Warner J.C., Cannon A.S., Dye K.M.: Environmental Impact Assessment Re-
view, 24, 775, 2004.
29.
Ritter S., Ka.: Cenear, 20, 38, 2002.
30.
Subrahmanyam M., Kumarri D. V.: Bull Catal. Soc. Of India, 2, 204, 2003.
31.
Misono M.: Chemistry, 3, 471, 2000.
32.
Wei O., Kang S. Z., Mu J.: Colloids and Surfaces, 47, 125, 2004.
33.
Trost B.M.: Science, 254, 1471, 1991; Acc. Chem. Res., 35, 695, 2002.
34.
Jacob R.G., Perin G., Botteselle G.V., Lenardao E.: Tetrahedron Letters, 44,
6809, 2003.
35.
Sheldon R. A.: Acad. Sci. Paris, Serie Chimi (Chemistry), 3, 541, 2000.
36.
Bretsznajder S., Kawecki W., Leyko J., Marcinkowski R.: Podstawy ogólne
technologii chemicznej. WNT. Warszawa 1973.
37.
Selva M., Tundo P., Anastas T.C., Williamson T.C.: (Eds) Green Chemistry;
Frontiers in Benign Chemical Synthesis and Processes, Ch.5. Oxford University
Press, New York 1998, str 87.
38.
Tundo P., Selva M., Marques C.A., Anastas T.P., Williamson T.C.: (Eds.)
Green Chemistry; Designing Chemistry for the Environmental Ch.7., American
Chemical Society, Washington DC. 1996, p.81.
39.
Romano U., Rivetti F., Muzio N. Di.: US. Patent 4318862,1979.
40.
Romano U., Rivetti F., Muzio N. Di.: Chem. Abstr. 95, 1981, 80141 w.
41.
Matlack A.S.: Introduction to Green Chemistry Marcel Dekker, New York 2001.
42.
Lancaster M.: Green Chemistry – Introductory Text. RSC. Cambridge, UK., 2002.
43.
Lancaster M.: Handbook of Green Chemistry and Technology. eds. Clark J. H.,
and Maequarrie, Blackwell Publishing, 2002.
44.
Pernak J.: Przem. Chem., 79, 150, 2000.
45.
„Zielona Chemia” Wyd. Akad. Ekonomicznej, Wrocław pod red. Bogoczka R., str
34, 2004.
46.
Zhao D., Wu M., Kou Y., Min E.: Catal. Today, 2654, 1, 2002.
47.
Wu A. H., Yang F., Cui P., Tang J., He M. Y.: Tetrahedron Letters, 45, 4963, 2004.
48.
Van Rantwijk F., Lau R. M., Sheldon R. A.: Trends in Biotechnology, 21, 3, 2003.
49.
Ranu B. C., Dey S. S.: Tetrahedron 60, 4183, 2004.
Tadeusz Paryjczak
VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
18
50.
Forbes D. C., Weaver K. J.: J. Molecular Catalysis A. General, 214, 129, 2004.
51.
Sakakura T., Chai J. Ch., Saiko Y.: Sako Takeshi Polyhedron, 19, 573, 2000
52.
Jansen A., Pitter S.: J. Molecular Catalysis A Chemical, 217, 41, 2004.
53.
Beckman E. J.: J. Supercritical Fluids, 28, 121, 2004.
54.
Zhao F., Ikushimo Y., Arai M.: J. of Catalysis, 224,479, 2004.
55.
Wasilewski J.: Przem. Chem., 80, 97, 2001.
56.
Leitner W.: Acc. Chem. Res., 35, 746, 2002.
57.
Wolski T., Ludwiczuk A.: Przem. Chem., 80, 286, 2001.
58.
Strauss C.R.: Thermal Green Chemistry. The First International Conference on
Green Sustainable Chemistry, (GSC. Tokyo, 2003)
59.
Beckmann E. J.: J. the Royal Society of Chemistry Chem. Comm., 1885, 2004.
60.
Lee C.K.Y., Holmes A.B., Al-Duri B., Leeke G.A., Santos R.C.D., Seville
J.P.K.: J. the Royal Comity of Chemistry Chem. Commun. 2622, 2004.
61.
Chem. Eng. News 30, VI, 30, 2003.
Streszczenie
Zielona chemia to projektowanie produktów i procesów chemicznych z obni-
Ŝ
eniem albo eliminacją wykorzystywania i wytwarzania niebezpiecznych substancji.
W ostatnim dziesięcioleciu, zielona chemia została uznana za nowe podejście
do ochrony środowiska opartej na nauce.
Kataliza okazała się fundamentalnym narzędziem w zapobieganiu zanieczysz-
czeniu. Badania katalizy w energii i środowisku są wspaniałą okazją poprawy naszego
ś
rodowiska naturalnego. Środowiskowa kataliza zrobiła krok do przodu i jest ona kon-
kurencyjną drogą dla innowacji w nauce opartej na wielu dyscyplinach. Dotychczas
kataliza długo była wykorzystywana do poprawy efektywności, wydajności i wybiór-
czości, teraz okazuje się być narzędziem pozwalającym na osiąganie szerokiego zakresu
celów zielonej chemii.
Green Chemistry – Fundament Of Environment
Protection In XXI Century
Abstract
Green Chemistry is the design of chemical products and processes with reduc-
tion or elimination of the usage and generation of hazardous substances.
In the last decade, green chemistry has been recognized as a new approach to
scientifically based environmental protection.
Catalysis has manifested its role as a fundamental tool in pollution prevention.
Catalysis research on energy and environment has a tremendous opportunity to improve
our environment. The environmental catalysis has made a step forward and it is a more
challenging pathway for innovation in science relying on many disciplines. While catal-
ysis has long been utilized increasing efficiency, yield and selectivity, it is now also
recognized as accomplishing a wide range green chemistry goals.