Princípy Zelenej chémie

Čo je Zelená chémia? ♠ Ukážky zelného kurikula ♠ Zaujímavé zdroje Zelenej chémie ♠ Prepojenie s bežným životom  ♠ Metodické a učebné materiály pre učiteľov a žiakov

 

Spomínaný komplex pravidiel – 12 princípov Zelenej chémie, podľa ktorého pracujú „zelení“ chemici, vytvorili Paul Anastas a John C. Warner v roku 1998. Je to univerzálny kód pre prax.

Komplex pravidiel, na ktorých je postavená Zelená chémia by sme mohli zhrnúť do nasledovných bodov:

  • využitie maximálnych množstiev reagujúcich látok na tvorbu produktov,
  • ohľad na priebeh reakcie tak, aby bol podiel odpadu minimalizovaný,
  • použitie a výroba menej škodlivých surovín a produktov,
  • bezpečnosť procesov,
  • používanie obnoviteľných surovín,
  • navrhnuté procesy by mali byť čo najviac účinné (Clark, Macquarrie, 2002),

pričom je dôležité uvedomiť si ich vzájomnú prepojenosť a prelínanie sa v reálnej praxi. Jednotlivé princípy medzi sebou súvisia a je potrebné ich vnímať ako dvanásť pilierov pre plošinu s názvom priemyselná výroba. Ak sa im spoločnosť nebude venovať synchronicky, tak sa plošina nakloní a priemyselná výroba spôsobí negatívne následky na okolité životné prostredie. Ľudstvo dostalo v prírode veľa vzorov a nápadov do bežného života. Niektoré už dokázalo prevziať, upraviť a zaviesť do života, no niektoré ešte čakajú na objavenie.

1. Prevencia vzniku odpadu:

Prvé miesto medzi princípmi právom zastáva prevencia produkcie nebezpečného odpadu, ktorý vzniká počas chemických procesov a ktorá by mala byť uprednostňovaná pred jeho likvidáciou a čistením. Ostatné princípy sa zaoberajú tým, ako to uskutočniť v reálnej rovine.

Za odpad považujeme všetko, čo sa už nevyužíva a nechceme to naďalej vlastniť. Na základe vyhlášky Ministerstva životného prostredia SR č. 284/2001 Z. z. (d, 2001) je podľa Katalógu odpadov, odpad klasifikovaný na nebezpečné odpady (N) a ostatné odpady (O).

Množstvo vytvoreného odpadu na svete neustále narastá každou sekundou. Z toho aktuálne množstvo odpadu z domácností od začiatku roka 2017 predstavuje 773 824 863 ton a nebezpečný odpad vyprodukovaný chemickou cestou predstavuje množstvo 189 184 938 ton, čo znázorňuje tabuľka č. 1 (The World Counts, 2017).

Tab. č. 1: Stav množstva odpadu na svete ku dňu 22.6.2017.

Druh odpadu Množstvo
elektronický odpad (celý svet) 18 918 494 t
plastová polievka (svetový oceán) 21 709 876, 47 km3
odpad hodený do oceánov (globálne) 1 002 680 177 t
počet vyrobených plastových tašiek (celý svet) 2 364 811 727 507 ks
nebezpečný odpad (celý svet) 189 184 938 t

Medzi nebezpečný odpad sa zaraďuje taký odpad, ktorý má vlastnosti (napr. toxicita, horľavosť, výbušnosť, infekčnosť, chemické, karcinogénne, teratogénne a mutagénne vlastnosti), ktoré sú alebo môžu byť nebezpečné pre živé organizmy a životné prostredie, v ktorom sa vyskytujú. Ide napríklad o odpad spojený s priemyselnými závodmi, rádioaktívny odpad a i. Do ostatných odpadov patrí aj komunálny odpad a svojimi vlastnosťami nespôsobujú veľké ujmy na životnom prostredí v porovnaní s nebezpečným odpadom. Tvorí ho stavebný odpad (hlušina) a odpad z poľnohospodárskych družstiev – slama (Separuj odpad, 2008; Odpady-portal, 2015).

Reálne množstvo odpadu sa určuje prostredníctvom E(nvironmental)-faktoru, ktorý sa vypočíta ako pomer hmotnosti vytvoreného odpadu [kg] ku hmotnosti získaného produktu [kg].

E-faktor = m (odpadu) [kg]/m(produktu) [kg]

Napríklad začiatkom osemdesiatych rokov bol uzavretý závod kvôli problému s nadbytočnou produkciou odpadu počas výroby chemickej látky floroglucinol z 2,4,6-trinitrotoluénu (TNT), pretože náklady na odstránenie odpadu presahovali cenu produktu na trhu. Počas pôvodnej chemickej syntézy znázornenej na obrázku č. 1 vznikalo približne 40 kg tuhého odpadu chemických látok  ako Cr2(SO4)3, NH4Cl, FeCl2 a KHSO4 na 1 kg vyrobeného produktu. Z toho vyplýva, že E-faktor má hodnotu 40/1 = 40 na 1 kg floroglucinolu (Sheldon, Arends, Hanefeld, 2007).

Obr. č. 1: Pôvodná chemická syntéza floroglucinolu.

Ďalším príkladom na výpočet E-faktoru je chemická reakcia založená na Pt nanokatalyzovanom systéme, ktorý pozostáva z viacerých reakčných krokov, pričom na obrázku č. 2 je uvedená reakčná schéma a množstvá východiskových látok – 500 mg TiO2, 200 mg fenolu, 3,15 mg H2PtCl6 a 5,75 g HF (Royal Society of Chemistry,  2017).

Obr. č. 2: Reakčná schéma Pt nanokatalyzovaného systému.

Výpočet:

Množstvo východiskových látok: 0,5 + 0,2 + 0,00315 + 5,75 = 6,48 g

Množstvo produktu: 203 mg

Množstvo odpadu: 6,48 – 0,203 = 6,277 g

E-faktor = 6,277/0,203 = 30,92

Na 203 mg produktu pripadá 6,277 g odpadu, z čoho vyplýva, že hodnota E-faktoru je 30,92.

Ideálna hodnota pre E-faktor je 0. Čím je vyššia hodnota E-faktoru, tým vzniká väčšie množstvo odpadu počas chemickej reakcie a zároveň aj negatívny dopad na životné prostredie (Clark, MacQuarrie, 2002).

S odpadom sa spájajú niektoré pojmy, ktorých úlohou je prispieť k riešeniu problému s narastajúcim množstvom odpadu vo svete či už na pevnine alebo vo vodnom prostredí. Prvým pojmom je separácia alebo triedenie odpadov, ktorá slúži na rozlíšenie jednotlivých druhov odpadu pomocou symbolov na výrobkoch a farebne označených zberných nádob, následný transport do určených miest a ich efektívnejšie spracovanie a zbavovanie sa. Ďalším často používaným pojmom je recyklácia (opätovné využitie už použitého materiálu). Recykluje sa napr. papier, sklo, tetrapaky. Papier, sklo, aj tetrapaky sú dobre recyklovateľné a druhotne sa využívajú na výrobu iných produktov. V súčasnosti sa najviac hovorí o recyklácii plastov, ktoré dokážu spôsobiť veľké problémy v rámci znečistenia prírody, keďže sú takmer nerozložiteľné.

Preto úlohou chemikov využívajúcich princípy Zelenej chémie je vytvoriť a využívať také postupy v chemických syntézach, pri ktorých sa predchádza vzniku odpadu. Na to je potrebné byť odborníkom v danej problematike a poznať aj stratégie Zelenej chémie, ktorá prináša so sebou nové myšlienky a nový pohľad na chémiu a jej využívanie v priemyselnej výrobe, napr. vo výrobe spomínaných plastov.

Video na youtube o prvom princípe s pokračovaním na videá o ďalších princípoch tu.

ZDROJE: 

  1. CLARK, J., MACQUARRIE, D. Handbook of Green Chemistry&Technology. Oxford: Blackwell Publishing, 2002. Kap. 1-2. s. 1-27. ISBN 0-632-05715-7
  2. MINISTERSTVO ŽIVOTNÉHO PROSTREDIA SR d. Zákon č. 284/2001 Z. z.
  3. ODPADY-PORTAL. Katalóg odpadov. 2015. [cit.22.6.2017] Dostupné na internete: < http://www.odpady-portal.sk/Dokument/100124/katalog-odpadov.aspx>
  4. ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY. Supplementary material: E-factor. [cit. 26.7.2017] Dostupné na internete: <http://www.rsc.org/suppdata/gc/b8/b815948c/b815948c.pdf>
  5. SEPARUJ ODPAD. 2008. [cit. 22.6.2017] Dostupné na internete: <http://www.separujodpad.sk/index.php/obcan/druhy-odpadov.html>
  6. SHELDON, R., ARENDS, I., HANEFLD, U. Green Chemistry and Catalysis. Weinheim: Wiley-VCH. 2007. 448 s. (2-5 s., 29-33 s.) ISBN 978-3-527-30715-9
  7. THE WORLD COUNTS. 2017. [cit. 22.6.2017] Dostupné na internete: <http://www.theworldcounts.com/counters/waste_pollution_facts/household_waste_statistics#more-facts>

Čo je Zelená chémia? ♠ Ukážky zelného kurikula ♠ Zaujímavé zdroje Zelenej chémie ♠ Prepojenie s bežným životom  ♠ Metodické a učebné materiály pre učiteľov a žiakov