Зелёная химия

Очистка загрязнённой воды необходима, если загрязнение уже произошло. Но другой подход — изменить процесс так, чтобы опасное вещество вообще не образовывалось. Эти подходы дополняют друг друга. Главный акцент зелёной химии — на предупреждении проблем.

Существуют 12 принципов зелёной химии. Это не список запрещённых веществ, а ориентиры для разработки веществ и процессов. Их удобно объединить в четыре вопроса. Иногда улучшение по одному показателю ухудшает другой, поэтому оценивать нужно несколько сторон сразу.

Первый принцип — предотвращение образования отходов. Отходы — не только мусор в контейнере: это также побочные продукты, использованные растворители и загрязнённая вода. Возврат вещества в процесс полезен, но возможность вообще не создавать лишний поток ещё лучше.

В химической реакции атомы не исчезают. Вопрос в том, какая их доля попадает в нужное вещество, а какая — в побочные продукты. Атомная экономичность оценивает по уравнению реакции долю массы реагентов, которая может войти в целевой продукт. Это не то же самое, что выход реакции. Рисунок показывает идею, а не конкретную реакцию.

Третий принцип относится к способу получения: какие вещества используются и образуются в реакции. Четвёртый — к самому продукту: он должен выполнять свою задачу и быть менее токсичным. Например, важно оценить не только качество красителя, но и опасность его производства и применения. Натуральное происхождение не означает безопасность.

Растворители помогают смешивать вещества, проводить реакции и очищать продукт. Иногда их можно исключить или заменить менее опасными. Вода подходит для многих задач, но не для всех: после использования она тоже может требовать очистки. Поэтому оценивают токсичность, горючесть, возможность возврата и затраты на разделение.

Нагрев, охлаждение и поддержание высокого давления требуют энергии. Шестой принцип предлагает снижать эти затраты и, где возможно, проводить процессы при обычных температуре и давлении. Но холодный процесс не автоматически лучше: если он длится намного дольше, нужно сравнивать общий расход энергии.

Седьмой принцип — использование возобновляемого сырья, когда это технически и экономически возможно. Например, растительная биомасса может быть сырьём для некоторых материалов. Однако её выращивание требует земли, воды и энергии. Возобновляемость описывает источник сырья, но не доказывает экологичность всего продукта.

Восьмой принцип предлагает избегать ненужных временных химических изменений вещества. Например, если часть молекулы сначала временно изменить, а затем вернуть обратно, потребуются дополнительные реагенты и очистка. Девятый принцип — катализ. Катализатор участвует в механизме реакции и восстанавливается в каталитическом цикле; он может ускорять нужное превращение и уменьшать побочные процессы.