Čo je Zelená chémia?

Princípy Zelenej chémie ♠ Zaujímavé zdroje Zelenej chémie ♠ Ukážky zeleného kurikula ♠ Prepojenie s bežným životom  ♠ Metodické a učebné materiály pre učiteľov a žiakov

Čo je Zelená chémia?

Zelená chémia je pomerne mladá vedecká disciplína, alebo v širšom poňatí by sme mohli o nej hovoriť ako o novej filozofii, prístupe v chémii, ktorá sa snaží riešiť problémy znečisťovania životného prostredia v ľudskej spoločnosti. Jej cieľom je vytvoriť rovnováhu medzi požiadavkami priemyselnej výroby a požiadavkami životného prostredia.

Paul Anastas ju definoval ako proces používania princípov, ktoré sa sústreďujú na redukciu, elimináciu použitia, či tvorbu nebezpečných látok v návrhu, vo výrobe a v aplikácii chemických produktov, čo znázorňuje nižšie uvedený obrázok č. 1 (Clark, Macquarrie, 2002).

Obr. č. 1: Zelená chémia ako proces eliminácie ovplyvňujúcich faktorov.

                          

V tomto procese dochádza k redukcii piatich základných faktorov, a to odpadu, nákladov, materiálov, energie, rizík a nebezpečenstva, ktoré sú detailnejšie obsiahnuté v princípoch Zelenej chémie.

Ďalšími dôležitými a nadradenými pojmami, ktoré sú prepojené so Zelenou chémiou, sú „udržateľnosť“ (sustainability) a „udržateľný rozvoj“ (sustainable development). Práve pre udržateľný rozvoj v oblasti priemyslu s chemickým základom, sú podstatné princípy a ciele Zelenej chémie. Presný význam týchto pojmov nie je definovaný, ale prvé myšlienky boli orientované na to, aby potreby súčasnej generácie neohrozovali možnosti ďalšej generácie napĺňať svoje vlastné potreby (Organizácia spojených národov, 1987).

Základom pre všetky definície je uvedomenie si sveta ako systému, ktorý vytvára spojenie s priestorom – zmena v jednej časti sveta ovplyvňuje jeho zvyšok a s časom – rozhodnutia starších generácií majú vplyv na stav dnešnej spoločnosti (International Institute for Sustainable Development, 2013).

Zelenú chémiu môžeme chápať ako využívanie súboru pravidiel, vďaka ktorým sa redukuje, alebo eliminuje použitie a tvorba nebezpečných látok počas chemických procesov (Anastas, Warner, 1998).

Vzťah medzi environmentálnou a Zelenou chémiou

Chémia je základom všetkého, čo máme okolo seba. Priemyselná výroba je závislá od chémie, od chemických procesov a reakcií, ktoré sa realizujú v závodoch, pričom sa využívajú rôzne chemické látky, aby vznikli nové produkty využiteľné v bežnom živote. Je potrebné uvedomiť si veľký diapazón, ktorý chémia má, veľké množstvo oblastí, ktoré sa dotýkajú chémie, do ktorých zasahuje a ovplyvňuje ich. Od zdrojov potravy, cez spôsob ich úpravy a spracovania, spotrebu energie, využívanie rôznych produktov výroby, ich likvidácie, alebo recyklácie až po vzdelávaciu a výskumnú činnosť v chémii. Chemický priemysel prináša aj negatívne následky na životné prostredie – odpad, znečistenie, havárie atď. Všetky spomenuté oblasti sa prepájajú s princípmi Zelenej chémie, ktoré sa zaoberajú obnoviteľnými zdrojmi energie a uhľovodíkov, novými stratégiami výroby bezpečnejších produktov, prevenciou vzniku odpadu a nebezpečenstva atď. A práve tieto prepojenia sú podstatné pre budúcnosť a malo by ich vznikať čoraz viac.

Zelená chémia mení pohľad spoločnosti na chémiu ako takú. Posúva negatívne poznanie ľudí o chémii, ktoré prevláda už niekoľko desaťročí, k novému mysleniu a pozitívnej skúsenosti s ňou. Veľkou výzvou pre prírodovedné vzdelávanie, v našom prípade pre chemické vzdelávanie, je orientovať chemické vyučovanie k udržateľnosti a celkovo k zmene filozofie a uvažovania chémie na školách. Mali by sme začleniť Zelenú chémiu a jej princípy do priemyselnej výroby a našich životov, čiže aj do vzdelávania. Žiaci majú právo a možnosť byť aktívnymi účastníkmi na utváraní trvalo udržateľnej budúcnosti. Všeobecne sa môže hovoriť o „zelenom vzdelávaní“ (Green Education), ktoré by malo zaujímať všetkých obyvateľov našej planéty (21st Century Schools, 2010). Hill, Kumar a Verma (2013) hovoria o novej vízii chemického vzdelávania, ktoré je obohatené o nové dimenzie súvisiace s udržateľnosťou životného prostredia: Zelená chémia, chemický priemysel, environmentálna chémia, „smart“ materiály, obnoviteľné zdroje surovín, uhlíkovo neutrálne hospodárstvo, základné chemické poznanie, ľudská snaha a miestna kultúra. Autori spomínajú dva významné pojmy vzťahujúce sa na obsah dizertačnej práce, a to environmentálna a Zelená chémia. Dôležité je uvedomiť si nielen rozdiel medzi environmentálnou a Zelenou chémiou, ale hlavne vzťah medzi nimi, keďže sú úzko prepojené.

Environmentálna chémia je interdisciplinárna veda komplexného charakteru, ktorá prepája chémiu s fyzikou, poľnohospodárstvom, verejným zdravím, inžinierstvom a ďalšími vednými disciplínami. Definuje sa ako štúdium zdrojov, reakcií, prepravy, účinkov a osudov chemických látok vo vode, v zemi, vo vzduchu a v životnom prostredí, a vplyvu technológií na ne (Manahan a, 2000). Gupta, Khoiyangbam a Jain (2015) ju charakterizujú ako štúdium chemických a biochemických javov, ktoré sa vyskytujú v prírode.  Vysvetľuje správanie sa životného prostredia bez vplyvu znečistenia a snaží sa pochopiť, ktoré chemické látky sú prirodzene prítomné v ňom.

Na svete existuje veľké množstvo environmentálnych problémov, ktorým sa venujú práve environmentálni chemici. Tí svojou prácou poskytujú dôležité informácie o tom, aký dopad môžu mať chemické produkty a procesy na životné prostredie pre potreby chemikov. Zároveň sa Manahan (a, 2000) vyjadruje, že by bolo vhodné, aby všetkým študentom chémie boli poskytnuté informácie o environmentálnej chémii a jej výsledkoch.

O Zelenej chémii sme sa dozvedeli v predchádzajúcej kapitole a na základe porovnania definícii oboch vedných disciplín môžeme usúdiť, že ide o dva odlišné odbory. Environmentálna chémia má širší záber, keďže zahrňuje procesy chemických látok v hydrosfére, v litosfére, v atmosfére a v biosfére. Zatiaľ, čo Zelená chémia sa venuje len riešeniam problémov priemyselnej výroby, chemickému priemyslu s ohľadom na životné prostredie. Z toho vyplýva, že Zelená chémia musí byť založená práve na environmentálnej chémii (Manahan b, 2006).

Pričom Ali a Khan (2016) sa vyjadrujú, že dôležitým počinom k trvalo udržateľnému rozvoju je práve transformácia tradičnej chémie na Zelenú chémiu, ktorá zohrá podstatnú úlohu v budúcnosti.

Prehľad histórie Zelenej chémie

Prvá etapa (pôvod a začiatky):

Od druhej polovice 20. storočia si ľudia začali uvedomovať zhoršujúci sa stav životného prostredia, čo malo na svedomí viacero faktorov – činnosť priemyselnej výroby, rozvíjajúca sa doprava, narastajúce množstvo odpadu a i. Vyvolalo to mnohé ohlasy z radov občanov a odborníkov, ktoré podporili a dali neskôr základ aj pre filozofiu a princípy Zelenej chémie. Už v deväťdesiatych rokoch sa prvýkrát spomína pojem Zelená chémia a zároveň je uznaná ako vedecký smer.

  • 1962 – Rachel Carson publikovala knihu Tichá jar (Silent Spring), čím reagovala na nevhodný spôsob používania umelých hnojív v poľnohospodárstve Spojených štátov amerických (Lear, 2000).
  • 1970 – vznik Agentúry pre ochranu životného prostredia (Environmental Protection Agency – EPA), ktorá zabezpečuje interakciu medzi vedeckými, priemyselnými a vládnymi organizáciami s cieľom využitia stratégií Zelenej chémie v nových technológiách.
  • 1990 – prvý Zákon o prevencii znečisťovania (Pollution Prevention Act) v Spojených štátoch amerických, ktorý viedol k posunu od kontroly znečisťovania k jeho prevencii (Kuchyňková, Šibor, 2002).
  • 1993 – prvé sympózium v Chicagu založené na programe Alternatívny syntetický dizajn na prevenciu znečistenia z iniciatívy prijatia Zákona o prevencii znečisťovania a agentúry EPA (Linhorst, 2010).

Druhá etapa (1993-1998):

V ďalšej etape vznikajú nové inštitúcie a organizácie, ktoré slúžia na šírenie „zelených“ myšlienok do všetkých sfér spoločnosti. Zelená chémia si podmaňuje aj Európu, čím vzniká sieť spolupracovníkov, ktorí sa zaoberajú problematikou znečisťovania životného prostredia vo väčšom rozmedzí. Významným krokom druhej etapy je formulovanie a vydanie princípov Zelenej chémie, čím Zelená chémia získava väčšiu váhu ako vedecký smer.

  • 1995 – zahájená politická podpora zo strany prezidenta Spojených štátov amerických v podobe Presidential Green Chemistry Challenge Awards (Linhorst, 2010).
  • 1997 – vznik neziskovej organizácie pod názvom Ústav Zelenej chémie (Green Chemistry Institute – GCI) s cieľom rozšíriť a umožniť implementáciu princípov Zelenej chémie do chemických podnikov v globálnom meradle (American Chemical Society a, 2014).
  • 1998 – vznik Centra Zelenej chémie na európskej Univerzite v Yorku, ktorého poslaním je propagácia Zelenej chémie v celej spoločnosti – priemyselné závody, školstvo, spoločnosť, a to pomocou konferencií, prednášok, www-stránok, či rôznych akcií pre priemyselníkov, učiteľov a ich žiakov (American Chemical Society, 2014).
  • 1998 – Paul Anastas a John Warner publikovali 12 princípov Zelenej chémie v prvej knihe o Zelenej chémii Green Chemistry: Theory and Practice (Clark, Macquarrie, 2002).

Tretia etapa (1999-súčasnosť):

Od roku 2001 Ústav Zelenej chémie (Green Chemistry Institute – GCI) spolupracuje s Americkou chemickou spoločnosťou (American Chemical Society-ACS) a pokračuje vo výskume a vzdelávaní po celom svete – USA, Veľká Británia, Taliansko, Nemecko, Španielsko, Japonsko, Austrália a ďalšie krajiny (Clark, Macquarrie, 2002).

  • 1999 – prvý článok uverejnený vo vedeckom časopise Green Chemistry.
  • 2001 – Medzinárodné sympózium Zelenej chémie v Dehli a IUPAC CHEMRAWN XIV Konferencia Zelenej chémie: Toward Environmentally Benign Processes and Products v Koloráde, ktorých výsledky mali pozitívny dopad na veľký vzostup Zelenej chémie v rokoch 2000-2001 na celom svete.
  • 2005 – Nobelova cena za objav metódy výmennej reakcie a metódy organickej syntézy, čo umožnilo pokrok v oblasti Zelenej chémie a ktorej nositeľmi sú Robert Howard Grubbs, Richard Royce Schrock a Yves Chauvin (Linhorst, 2010).
  • 2007 – John Warner a Jim Babcock založili ústav Warner Babcock Institute for Green Chemistry, ktorého cieľom je tvorba funkčných, nákladovo nenáročných a ekologicky nezávadných technológií pre klientov, spoločnosť a prostredie (Warner Babcock Institute, 2015).
  • 2007 – vznik organizácie Beyond Benign pod Warnerovým vedením, ktorá sa sústreďuje na vzdelávanie v oblasti Zelenej chémie (Beyond Benign, 2014).

V súčasnosti je možné zaznamenať pozitívne správy, na základe analýz EPA, že množstvo chemického odpadu nachádzajúceho sa na zemi, vo vzduchu a vo vode sa znížilo o sedem percent za posledné desaťročie (Advancing Green Chemistry a, 2015).

ZDROJE: 

  1. 21ST CENTURY SCHOOLS. What is 21st Century Education? [cit. 11.2.2015] Dostupné na internete: <http://www.21stcenturyschools.com/what_is_21st_century_education.htm>
  2. ADVANCING GREEN CHEMISTRY 2015. [cit. 11.2.2015] Dostupné na internete: <http://advancinggreenchemistry.org/>
  3. ALI, H., KHAN, E. Environmental chemistry in the twenty-first century. In: Environmental Chemistry Letters. Ročník 15, číslo 2, rok 2016, s. 329-346.
  4. AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. History of Green Chemistry. 2014. [cit. 16.11.2014] Dostupné na internete: <http://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry/what-is-green-chemistry/history-of-green-chemistry.html>
  5. ANASTAS, P., WARNER J. C. Green Chemistry: Theory and Practice. Oxford: Oxford University Press. 1998. 132 s. Kapitola 1, 2, 4. ISBN 978-0-19-850698
  6. BEYOND BENIGN. Green Chemistry Education. 2014. [cit. 1.12.2014] Dostupné na internete: <http://www.beyondbenign.org/index.html>
  7. CLARK, J., MACQUARRIE, D. Handbook of Green Chemistry&Technology. Oxford: Blackwell Publishing, 2002. Kap. 1-2. s. 1-27. ISBN 0-632-05715-7
  8. GUPTA, N., KHOIYANGBAM, R.S., JAIN, N. Environmental Chemistry. In: Introduction to Environmental Sciences. 2015. New Delhi: TERI Press. s. 15-49. ISBN 978-81-7993-455-5
  9. HILL, J., KUMAR, D. D., VERMA, R. K. Challenges for Chemical Education: Engaging with Green Chemistry and Environmental Sustainability. In: The Chemist. Ročník 86, číslo 1, rok 2013, s. 24-31. ISSN 1945-0702
  10. INTERNATIONAL INSTITUTE FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT. What is Sustainable Development? [17.11.2014] Dostupné na internete: <https://www.iisd.org/sd/>
  11. KUCHYŇKOVÁ, K; ŠIBOR, J. Zelená chemie. [cit. 17.11.2014] Dostupné na internete: <http://svp.muni.cz/ukazat.php?docId=308>
  12. LEAR, l. Biography of Rachel Carson. [cit. 17.11.2014] Dostupné na internete: <http://www.rachelcarson.org/Biography.aspx#.VGoMWcnF-ZQ>
  13. LINHORST, J.A. An overview: origins and development of green chemistry. In: Foundation of Chemistry. Ročník 12, číslo 1, rok 2010, s. 55-68.
  14. MANAHAN, S.E. a. Environmental Chemistry. edícia. Lewis Publisher. 2000. Kapitola 1. 783 s. Kapitola 1, 2. ISBN 1-56670-492-8
  15. MANAHAN, S.E. b. Green Chemistry and the Ten Commandments of Sustainability. Columbia: ChemChar Research, Inc Publisher. 2006. s. 1-10. Kapitola 1. ISBN 0-9749522-4-9
  16. ORGANIZÁCIA SPOJENÝCH NÁRODOV. Towards sustainable development. [cit. 1.12.2014] Dostupné na internete: <http://www.un-documents.net/ocf-02.htm>
  17. WARNER BABCOCK INSTITUTE. About us. [cit. 16.11.2014] Dostupné na internete: <http://www.warnerbabcock.com/about-us/>

Princípy Zelenej chémie ♠ Zaujímavé zdroje Zelenej chémie ♠ Ukážky zeleného kurikula ♠ Prepojenie s bežným životom  ♠ Metodické a učebné materiály pre učiteľov a žiakov