شیمی سبز که به آن «شیمی پایدار» (Sustainable Chemistry) هم می‌گویند، به بخشی از رشته شیمی  و مهندسی شیمی مرتبط می‌شود که تمرکز آن بر طراحی محصولات و فرآیندهایی است که استفاده و تولید مواد آلاینده خطرناک را حذف میکنند و یا به حداقل می‌رسانند. در کنار علم «شیمی محیط زیست» (Environmental Chemistry) که بر روی اثرات آلاینده مواد شیمیایی در طبیعت تمرکز دارد، شیمی سبز تمرکز خود را بر روی روش‌های فناورانه در کاهش آلایندگی و مصرف منابع تجدیدپذیر قرار داده است. اهداف شیمی سبز را می‌توان در زمینه‌های گسترده‌ای جای داد که بیشتر آن‌ها معطوف به طراحی مولکولها، مواد، محصولات و فرآیندهایی است که شامل منابع کارآمد و ایمن باشند.

 

شیمی سبز حاصل تلاش‌ها و ایده‌های مختلف در زمینه‌های اقتصادی اتم و کاتالیست ها است که در دهه 1990 با افزایش توجه به مشکلات آلاینده‌های شیمیایی و کاهش منابع شکل گرفت. توسعه شیمی سبز در اروپا و آمریکا همراه با یک تغییر موضع در استراتژی‌ حل مسائل محیط زیستی بود.

در حقیقت، به جای بهره‌گیری از دستورات و قوانین کنترل کننده و لزوم کاهش آلاینده‌های صنعتی در انتهای فرآیند، به جلوگیری فعال از انتشار آلودگی به کمک طراحی خلاقانه محصولات فناورانه روی آوردند. این مفاهیم سبب بوجود آمدن شیمی سبز در اواخر دهه 1990 بود.

اصول دوازده گانه شیمی سبز

در سال 1998، «پاول آناستاس» (Paul Anastas) و «جان وارنر» (John C. Warner)، مجموعه اصولی را منتشر کردند که راهنمایی برای شیمی سبز باشند. این مجموعه اصول شامل گستره‌ای از روش‌ها برای کاهش اثرات زیست محیطی تولیدات شیمیایی بودند که علاوه بر این، اولویت‌های تحقیقاتی مرتبط با توسعه فناوری شیمی سبز را نیز شامل می‌شدند. این اصول، مفاهیم زیر را پوشش می‌دهند: 

 

جلوگیری از تولید پسماند بهتر از پاکسازی یا تصفیه آن بعد از تولید است.

 

استفاده از روش های سنتزی برای دخیل کردن تمامی مواد اولیه برای تولید محصول نهایی به بالاترین میزان ممکن. به عبارتی واکنش ها باید به گونه ای بهینه شوند تا بیشترین محصول نهایی از مواد اولیه به دست بیاید که سبب تولید پسماند کمتر می شود.

 

روش های سنتز باید به گونه ای باشد که استفاده و تولید ترکیبات سمی را به کمترین میزان ممکن برسانند.

 

محصولات شیمیایی باید به گونه ای طراحی شوند که با حفظ کارایی خطرات کمتری داشته و سمی نیز نباشند.

 

بهره گیری از مواد کمکی مانند حلال ها و ریجنت ها باید به حداقل میزان ممکن برسد و در صورت لزوم از مواد غیرسمی استفاده شود.

 

میزان انرژی مصرفی فرایندها باید تا حد ممکن کاهش یابد و در فرایندهای سنتزی از دما و فشار محیط استفاده شود.

 

مواد اولیه استفاده شده باید در صورت امکان (از نظر تکنیکی و اقتصادی) از ترکیبات تجدید شونده انتخاب شوند.

 

تولید مشتقات غیر ضروری باید کاهش پیدا کند زیرا در این فرایندها ریجنت های بیشتری مورد نیاز است و همین باعث تولید بیشتر پسماند خواهد شد.

 

استفاده از ریجنتهای کاتالیستی با مقدار کم برای تکرار یک واکنش باید نسبت به استفاده از ریجنتهای استوکیومتری ارجحیت داشته باشد.

 

فراورده های شیمیایی باید به گونه ای طراحی شوند که پس از استفاده تجزیه شده و آلودگی زیستی به همراه نداشته باشند.

 

روش های آنالیز به منظور مشاهده تشکیل مواد سمی قبل از تولید آنها باید توسعه داده شوند تا پیشاپیش از تشکیل مواد خطرناک جلوگیری شود.

 

در صورت امکان باید از موادی در فرایندها استفاده شود که خطراتی همچون انفجار، آتش سوزی و ... کاهش یابد.

 

 

1-  مفهوم شیمی سبز در تمام مراحل طراحی و چرخه زندگی ترکیبات شیمیایی به کار می رود.

2-  شیمی پایدار در تلاش است که ماهیت ذاتی محصولات و فرآیندهای مورد نظر به گونه ای طراحی شوند که خطرات ذاتی این محصولات کاهش یابد.  

3-  شیمی سبز به عنوان سیستمی یکپارچه از اصول و معیارهای طراحی کار می کند.

 

بسیاری از واکنش‌های سنتز شیمیایی که در مقیاس صنعتی انجام می‌شود، به مقادیر زیادی حلال شیمیایی نیاز دارند. علاوه بر این، این حلال‌ها برای اهداف چربی زدایی و تمیزکردن به صورت صنعتی استفاده می‌شوند. با این حال، بسیاری از حلال‌های سنتی که در گذشته برای چنین اهدافی مورد استفاده قرار می گرفتند، برای انسان سمی شناخته شده اند. از جمله این حلال‌های پر مصرف كلر، بنزن و فنول می‌باشد.

پیشرفت شیمی سبز گزینه‌های زیادی را برای این حلال های سمی ارائه داده است. حلال های سبز که به عنوان گزینه‌های جدید در دسترس شناخته شده هستند، از منابع تجدیدپذیر گرفته می‌شوند و همچنین قابل تجزیه زیستی هستند. بنابراین، شیمی پایدار با ایجاد گزینه های امن تر، پتانسیل زیادی در کاهش سمیت برخی از محیط‌های صنعتی دارد.

 

 

توسعه تکنیک‌های مصنوعی تخصصی می‌تواند فرایندها را بهینه سازی کند تا با رعایت اصول شیمی سبز، آنها را با محیط زیست سازگارتر نماید. یک مثال مهم از چنین تکنیک مصنوعی پیشرفته، توسعه واکنش متاتزالفین در زمینه شیمی آلی است. این واکنش، ایجاد شده توسط رابرت گرابز، ریچارد شروک و ایو شووین، جایزه نوبل شیمی را در سال 2005 به‌دست آورد.

 

- استفاده از دی اکسید کربن فوق بحرانی به عنوان یک حلال سبز (به عنوان جایگزینی برای سایر حلال های سمی).

- ترکیب استفاده از هیدروژن در واکنش‌های سنتز(Enantioselective) که به عنوان سنتز نامتقارن شناخته می‌شود.

- ترکیب محلول‌های آبی پراکسید هیدروژن یک ترکیب شیمیایی با فرمول  H2O2 برای ایجاد واکنش‌های اکسیداسیون نسبتاً تمیز.

از دیگر کاربردهای قابل توجه شیمی پایدار می‌توان به اکسیداسیون فوق بحرانی آب(Super Critical Water Oxidation)   که به اختصار SCWO گفته می‌شود، واکنش‌های محیط خشک (که به آن واکنش های حالت جامد و واکنش های کم‌حلال نیز گفته می‌شود) و واکنش های آب اشاره کرد.

 

شیمی سبز کاربردها و فواید زیادی برای جامع بشری به همراه دارد.

 

از مهمترین اهداف و کاربردهای شیمی سبز میتوان به کاهش تأثیر مواد شیمیایی بر سلامت انسان و محیط زیست اشاره کرد.

شیمی سبز نه تنها به شرکتهای مختلف این امکان را میدهد که محصولات زیست محیطی ارزان، در دسترس، ایمن و سازگار با محیط زیست طراحی و تولید کنند، بلکه این شرکتها قادر به تولید محصولات با کارایی و بازده بالا و پسماند کمتر نیز هستند.

امروزه هدف بسیاری از گروههای تحقیقاتی در سرتاسر دنیا به استفاده از روشهای شیمی سبز برای طراحی و تولید محصولات با کارایی و استحکام بالا و در عین حال کاهش تولید محصولات جانبی و پسماندهای خطرناک معطوف شده است.

 

یکی دیگر از مهمترین موارد کاربرد شیمی سبز، استفاده از آن در سنتز مواد بر پایه ی نانو است. در حالی که سنتز مواد نانویی نیازمند استفاده از مواد اولیه و حلالهای آلی بسیار گران قیمت و خطرناک میباشد، شیمی سبز محققین و پژوهشگران را بر آن داشته است تا از مواد اولیه ی ساده، ارزان، در دسترس، سازگار با محیط زیست و تجدید پذیر استفاده کنند.

 

یکی دیگر از کاربردهای شیمی سبز در زمینه تولید تراشه‌های کامپیوتری است. به طور کلی، تولید این تراشه ها نیازمند مصرف حجم بسیار زیادی آب، حلالهای شیمیایی و انرژی است. از این رو، برای کاهش مصرف این مواد و انرژی، در سال 2003 دانشمندان از دی‌اکسید کربن فوق بحرانی در مراحل سنتز این تراشه ها استفاده کردند.

براساس نتایج بدست آمده، استفاده از دی‌اکسید کربن فوق بحرانی، حجم آب، مواد شیمیایی و انرژی مصرفی را به صورت قابل ملاحظه ای کاهش میدهد

 

1- کاربرد در پزشکی

2-  کاربرد در تولید پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر

3-  کاربرد در تولید رنگ¬ها و محصولات رنگی

4-  کاربرد در تولید سوخت‌های جایگزین

5-  کاربرد در بازطراحی واکنش‌‌های شیمیایی

6-  کاربرد در تولید چندسازه‌های زیستی

 

برخی از عناصر جدول تناوبی از جمله هیدروژن، اکسیژن، کربن و نیتروژن که فراوانترین عناصر در اتمسفر می باشند، به عناصر سبز معروفند. در این میان هیدروژن و اکسیژن در آب، به عنوان سبزترین ترکیبات شناخته می شوند.

 

اگرچه شیمی سبز مزایا و کاربردهای بسیار زیادی دارد، اما این رویکرد دارای معایبی نیز می باشد.

 

کاربرد شیمی سبز در بسیاری از فرآیندها نیازمند استفاده از مواد اولیه و پیش ماده های مشخصی است که این مواد اولیه و پیش ماده ها فقط برای طراحی و تولید برخی محصولات قابل استفاده هستند. در واقع، شیمی سبز به نوعی محدودیت هایی را ایجاد می کند که تنوع تولید محصولات مختلف را کاهش می دهد. در حالی که تنوع تولید محصولات یک اصل بسیار مهم و حیاتی در علم مختلف در نظر گرفته می شود.

 

یکی دیگر از مثال هایی که می تواند معایب شیمی سبز را نشان دهد این است که مثلا در تولید سوخت سبز، بخشی از زمین های کشاورزی و آب که می توانند برای تولید محصولات غذایی مورد استفاده قرار گیرند، برای پرورش گیاهان تولید کننده ی سوخت سبز استفاده می شوند.

 

یکی از کاربردهای شیمی سبز طراحی و تولید پلاستیک های تجدیدپذیر است. اگرچه این محصولات سازگار با محیط زیست هستند اما به دلیل طول عمر کوتاه، قابلیت استفاده از آن ها در صنایع مختلف مانند تولید مخازن ذخیره آب کاهش می یابد.

یکی از روش های شیمی سبز ذخیره ی دی اکسید کربن در زیر زمین است. علی رغم کاربرد این روش، دی اکسید کربن ذخیره شده می تواند در آب های زیرزمینی نفوذ پیدا کند و به دلیل اسیدی بودن آن، می تواند pH آب های زیرزمینی را تغییر دهد. این تغییر pH آب های زیرزمینی نه تنها باعث تاثیر بر آبزیان و مرگ و میر آن ها می شود بلکه بر رشد گیاهان نیز تاثیر می گذارد و امکان رشد گیاهان را نیز کاهش می دهد.

 

منبع: https://www.epa.gov/greenchemistry/basics-green-chemistry