Sok szabályt, javaslatot és tippet ismerünk már arra, hogy mit tehetünk magánemberként a környezetünkért. De mik azok a törvények és felfogások, amelyek a nálunk nagyobb léptékű rendszereket szabályozzák?

Az egyik leginkább környezetszennyező iparág a vegyipar, azonban az elmúlt évtizedekben erre is hatottak a környezetkímélőbb szemléletek. Szigorú szabályokkal korlátozzák a károsanyag-kibocsátást, és a fejlettebb országokban azok a cégek, gyárak, amelyek ennek nem felelnek meg, súlyos pénzbírságra számíthatnak. Korábban csak az számított, hogy minél nagyobb profitot termeljen egy gyár, bármi is legyen ennek az ára. Noha manapság is ez a vezető motiváció, igyekeznek ezt a hozzáállást visszaszorítani, hogy ne csak a pénz, hanem az emberi egészség és a körülöttünk lévő világ épsége is számítson. De pontosan mit mond ki a 12 törvény [1], és ezek hogyan hatnak a vegyiparra?

1. Kizárólag biztonságos, nem mérgező kémiai termékek hozhatók forgalomba.

A törvény egyértelműnek hangzik, de ez nem volt mindig így. Kémiai terméken érthetünk bármilyen vegyipari cikket, például mosószert, tisztítószert, gyógyszert, festéket, üzemanyagot, növényvédő szert, műanyag tárgyat. A mosószerekből az egyenes szénláncú anionos tenzideket preferálják, mert ezeket a vízben élő baktériumok könnyebben lebontják, szemben az elágazó láncú társaikkal. Az üzemanyagok oktánszámjavítójaként alkalmazott ólom-tetraetil és a hűtőgépekben használt freon mára már tiltólistára került. A műanyagokat tekintve egyre jobban elterjednek a piacon a biodegradábilis polimerek. Ezekről egy korábbi cikkünkben írtunk.

2. A kémiai termékeknek használatuk után nem toxikus bomlástermékekké kell alakulniuk.

A korábban említett mosószerekre ugyanúgy igaz ez a szabály, mint bármilyen olajra, üzemanyagra, amely az élővízbe kerülve nagymértékben károsíthatja az élővilágot. De mit tehetünk mi, hétköznapi emberek?

Az olajat főzés után érdemes külön palackba gyűjteni (megfelel erre a feladatra egy PET-palack vagy egy kiürült borosüveg), amelyet a benzinkutakon be lehet váltani. Ha a lefolyóba öntjük az olajat, azon kívül, hogy károsítjuk vele a környezetet, könnyen dugulást okozhatunk. Ennek bosszankodás és őrült vegyszeres kezelés lehet az eredménye annak érdekében, hogy elhárítsuk a problémát. Lássuk be, nem ez a cél!

A műanyagokat, üvegeket és alumíniumdobozokat illetően gyűjtsük a hulladékot szelektíven! Előtte öblítsük ki őket vízzel – nem kell erre sok vizet elpocsékolni, – hogy ne maradjon bennük szerves anyag, amely kellemetlen szaggal bomlana. A fém és az üveg számtalanszor újrahasznosítható, de az újrahasznosítás is energia, ezeknek a hulladékoknak a megfelelő telephelyre való szállítása is üzemanyag. A PET-palackok csak néhányszor hasznosíthatók újra, utána szemétfeldolgozókban, rosszabb esetben felszíni vizekben végzik. De miért olyan hatalmas probléma ez? Miért foglalkozik mindenki annyit az óceánnal?

A tengerekben lévő fitoplanktonok (lebegő algák) termelik a Földön lévő oxigén nagy részét, többet, mint a trópusi esőerdők. A szennyezőknek köszönhetően felborulhat az óceánok ökoszisztémája. Egy faj jobban elszaporodhat, mint ahogyan ezt az egyensúly megkívánná, ha természetes ellensége a kihalás szélére jut. Lehetséges forgatókönyv, hogy az oxigéntermelő algák nagyban megfogyatkoznak.

Pánikkeltés helyett: mit tehetünk? Nagyon aprócska lépés, de kerüljük el az egyszer használatos műanyagokat! Például a palackos vizek vásárlásáról könnyen lemondhatunk. Szereltessünk be az otthoni csapunkhoz víztisztító berendezést (nem kell drágának lennie, teljesen baráti áron kaphatók ilyen szerkezetek). A buborékos vizet kedveljük? Semmi probléma, szerezzünk be egy szódagépet! Akadnak hiperszuper modellek, de az üzletek polcain találhatunk pénztárcabarát változatokat is. Ezeken az eszközökön állítható, hogy mennyi gázt engedünk a friss vízbe. A szén-dioxid-patron a legtöbb üzletben visszaváltható, ne dobjuk el (ezzel pénzt is spórolunk)! Egy középkategóriás szódagép ára nagyjából egy év alatt meg is térül.

3. Megújuló nyersanyagokat kell használni vegyipari alapanyagként.

Arról, hogy mikor fog kifogyni a kőolaj, különböző szélsőséges elméletek léteznek. Egyesek szerint nem maradt már 30 évünk sem, mások szerint 50 éve is azt mondták, hogy 50 év múlva nem lesz fekete arany, és lám, még mindig van! Nem a mi dolgunk igazságot tenni, lássuk itt is az alternatívákat!

Oláh György Nobel-díjas tudós ismertette azt a lehetőséget, hogy a metanol (CH₃OH) megfelelő megoldás lehet nyersanyagként és energiaforrásként. [2] Kétféle előállítási módot fejlesztett ki.

Az egyik esetben metán (CH₄) felhasználásával állítanak elő metanolt, mert a metán nagy mennyiségben megtalálható a tengerfenekén. Kérdés, hogy hogyan férhetünk hozzá a metánhoz biztonságos módon.

Másik opció, hogy szén-monoxidot (CO) és vizet (H₂O) elektromos áram felhasználásával reagáltatnak, melléktermékként oxigén keletkezik. Itt is felvetődik a kérdés, hogy honnan származik az elektromos áram.

A metanol és más alkoholok is alkalmazhatók üzemanyagként. Brazíliában használnak alkoholkeverékeket is erre a célra.

Nyersanyagforrások lehetnek még a természetben keletkező szénhidrátok is, például ősszel, a lombhulláskor rengeteg cellulózhoz juthatunk hozzá, amely a növények főkomponense. Már csak okosan kell felhasználni. (Tehát ne égessük az avart!)

4. Nem szabad tűz- és robbanásveszélyes anyagokat, oldószereket alkalmazni.

Ezek baleseti kockázatot jelentenek, a gázok és az illékony folyadékok helyett érdemes szobahőmérsékleten szilárd halmazállapotú, illetve kevésbé illékony folyadékokat használni.

5. A kémiai reakciókból sem származhat káros anyag.

Amellett, hogy olyan anyagokat kell használni, amelyek nincsenek mérgező hatással az élőkényekre és a környezetre, olyan reakcióutakat is kell választani, amelyek során nem keletkeznek mérgező melléktermékek.

Ennek jó példája, hogy az iparban egyre inkább elterjedt, hogy azokhoz a reakciókhoz, amelyek a nagyon mérgező foszgén gáz alkalmazását követelik meg – amelyet harci gázként is bevetettek, és tüdővizenyőt meg tüdőrákot okoz –, trifoszgént alkalmaznak. Ez szilárd, nem szivárog, könnyebben és biztonságosabban adagolható, a hatása pedig ugyanaz. A reakciótérben azonnal foszgénné alakul, de addig nem veszélyes az élővilágra.

6. A atomhatékonyság kritériuma

Olyan szintéziseket érdemes választani, amelyekben a kiindulási anyagok atomjai minél nagyobb mértékben épülnek be a keletkező termékbe. Leegyszerűsítve: nem keletkeznek melléktermékek, vagy csak kis mennyiségben. Az általános iskolai kémia órákról ismert reakciótípusok közül (addíció, szubsztitúció, elimináció) a „legzöldebb” az addíció. Ekkor ugyanis A és B anyagból csak C keletkezik. A szubsztitúció esetén A és B anyagból C és D is lesz, míg az eliminációkor A anyagból lesz kettő vagy még több (B, C stb.). Viszont nem mindegy a kilépő anyag minősége sem, hiszen ha például víz, vagy oxigén keletkezik, ezek nem károsítják a környezetet, hiába nem atomhatékony reakció játszódik le.

Atomhatékony megoldás az izomerizáció is, amikor az adott molekula átrendeződik, de nem adódik hozzá semmilyen új anyag, és legfőképpen nem válik szét többre. Ezt képzeljük el úgy, mintha a jobb kezünk átalakulna a ballá. Ugyanúgy kéz, ugyanúgy öt ujjal, mégis kicsit más. Az atomhatékony reakciók közé sorolják a polimerizációt is, amely során több kis részecske kapcsolódik össze egy hosszabb lánccá vagy térhálóvá (ha nem lép ki a folyamat közben melléktermék).

7. Meg kell előzni a hulladék keletkezését.

Sokkal jobb ez a módszer, mintha használat után kellene foglalkozni a keletkezett anyag megsemmisítésével, újrahasznosításával, hiszen akárhogy nézzük, ez mind pénz és energia. A különböző technológiák hulladékkibocsátását egy számmal, a környezeti faktorral jellemzik, amely az egy kilogramm termékre jutó hulladék mennyiségét jelöli. A kőolaj-feldolgozó ipar esetében ez a szám aránylag kicsi, mivel nagy mennyiségekkel dolgoznak, és nem használnak oldószereket. Szemben a gyógyszeriparral, ahol az emberi életek biztonsága érdekében megkövetelik a 99%-os tisztaságot.

8. Minél kevesebb segédanyagot kell használni, és azokból is a zöldeket.

Ez a törvény átfedésben van az előzővel, a cél, hogy minél kevesebb hulladékot termeljünk a gyártás során. A segédanyag jelen esetben az oldószerekre vonatkozik. Vannak reakciók, amelyek során elengedhetetlen a használatuk. Ilyen egy exoterm (nagyon nagy hőfejlődéssel járó) reakció, mert itt az oldószer a párolgással elveszi a hőt, és nem megy kárba a teljes anyag a heves reakciónak köszönhetően, az oldószerrel „csillapítjuk” a folyamat intenzitását. A másik ilyen lehetőség a heterogén reakciók alkalmazása, amikor is oldószer nélkül lehetetlen lenne egymással reagáltatni két vagy több anyagot. Tehát vannak esetek, amikor elkerülhetetlen az oldószerhasználat, de minden egyes alkalommal érdemes megfontolni, hogy szükséges-e.

Ha már mindenképp választani kell oldószert, akkor (a többi törvénnyel összhangban) figyelni kell arra, hogy ne legyen tűz- és robbanásveszélyes, ne keletkezzenek belőle mérgező melléktermékek, illetve ne legyen káros a környezetre és az élővilágra.

Lehetséges opció, hogy miután lejátszódott a kívánt reakció, az oldószert tisztítják és visszaforgatják. Sajnos az összes oldószerrel ezt nem lehet megtenni, csak egy részük recirkuláltatható. A gyógyszeriparban erre is nagyon szigorú szabályozások vonatkoznak: a visszaforgatott oldószert csak ahhoz a művelethez lehet felhasználni, amelyhez korábban is használták, különben a benne maradt szennyeződések komplikációt okozhatnak a később belőle készülő gyógyszer esetében.

Meg kell említenünk, hogy újabban egyre gyakrabban használják a vizet mint zöld oldószert.

Kapcsolódó bejegyzések

A PFAS vegyi anyagok folyamatosan keringenek a talajban, a levegőben és a vízben

A mérgező PFAS (per-and polyfluoroalkyl substances) vegyi anyagok a tengervízből a levegőbe kerülnek, amikor a hullámok a partra csapódnak, és ez a jelenség jelentős légszennyezési forrást jelent – állapította meg a Stockholmi Egyetem új tanulmánya.

9. Minél többször katalitikus módszereket kell alkalmazni. [3]

A katalizátor olyan anyag, amely rövidebb és kisebb energiájú reakcióutat nyit meg, ezáltal gyorsabban és kevesebb energia befektetésével megkaphatjuk a terméket. A katalizátor a reakcióban nem vesz részt. A szakma sokat foglalkozik a katalitikus reakciókkal, azzal, hogy milyen katalizátorral milyen termékek, milyen termeléssel, mennyi energiabefektetéssel keletkeznek.

10. Egy terméket a lehető legrövidebb úton kell előállítani.

Mellőzni kell a felesleges lépéseket, hiszen minél több a lépés, annál több melléktermék keletkezik, és annál több energia-, pénz- és munkaerő-befektetés szükséges, ami az iparnak nem áll érdekében. Egy-egy anyag előállításakor érdemes elgondolkodni, hogy tényleg abból a kiindulási anyagból kell-e elindítani a reakciót, vagy van más opció is.

11. A cél közönséges reakciókörülmények alkalmazása és az energiabefektetés minimalizálása.

Az az optimális reakció, amely szobahőmérsékleten, atmoszferikus nyomáson játszódik le. Azonban sok esetben elengedhetetlen a fűtés vagy a hűtés egy reakció megfelelő lefutásához, ami energiát használ. A tisztítás lépései is terhelik a környezetet, emellett időbe telnek, munkaerőt, pénzt és energiát igényelnek. Zöldkémiai szempontból az a legjobb, ha minél egyszerűbben, extrém körülmények nélkül játszódik le egy reakció. Ebben lehetnek segítségünkre a katalizátorok, így ez a törvény is igazolja, hogy milyen fontos ezzel a témával foglalkozni.

12. A vegyipari folyamatok követésére érzékeny analitikai folyamatokat kell alkalmazni.

A reakciók futtatásakor a különböző lépések végpontjait, a keletkező melléktermékeket érdemes figyelni, analizálni. Tényleg az és úgy keletkezik, ahogyan elterveztük? Abban az esetben, ha nem megfelelő irányba játszódik le a reakció, meg lehet állítani a folyamatot, hogy ne menjen kárba az egész termelés. Ha veszélyes közbenső termékkel van dolgunk, akkor figyelni kell ennek koncentrációjára, és a biztonság érdekében a megengedett érték alatt tartani.

A zöldkémia 12 törvénye 12 újabb kritériummal bővült. [4, 5] Ezek – többek között – foglalkoznak az energiahatékonysággal és a nyersanyagforrásokkal.

Cikkünkben ismertettük a vegyipar 12 zöldkémiai törvényét, mert a gyártóknak fontos tudniuk, milyen szempontokat kell szem előtt tartaniuk a termelés során. Beláthatjuk, hogy amint megoldunk egy problémát, jelentkezik egy vagy több másik, amelyekre a legvadabb álmainkban sem gondoltunk volna. Majd ezeket is megoldjuk, aztán jön egy újabb, amely megint kihívások elé állít minket. De ahogy a franciák mondják: C’est la vie.

Irodalom:

• [1] Barta K., Csékei M., Csihony Sz., Mehdi H., Horváth I. T., Pusztai Z., Vlád G.: Magy. Kém. Lapja, 55, 173, 2000.
• [2] Oláh Gy., Goeppert A., Prakash G. K. S.: Kőolaj és földgáz után: A metanolgazdaság, Better Kiadó, Budapest, 2007.
• [3] Sheldon R. A., Arends I., Hanefeld U.: Green Chemistry and Catalysis, Wiley-VCH, Weinheim, 2007.
• [4] Anastas P. T., Zimmermann J. B.: Environ. Sci. Technol. 37, 94A, 2003.
• [5] Tang S. L. Y., Smith R. L., Poliakoff M.: Green Chem. 7, 761, 2005.
• Forrás: Bakó Péter, Fogarassy Elemér, Keglevich György: Szerves vegyipari technológiák. Egyetemi jegyzet, 2011.