Kimika Berde

Artikulu hau hobetzeko lanean ari da Asier Olmos lankidea. Hori dela eta, beharbada hutsuneren batzuk izango dira edukian edo formatuan. Mesedez, aldaketa handi bat egin baino lehen, eztabaida ezazu haren lankide orrian edo artikuluaren eztabaida orrian, erredakzioa koordinatzeko.

Kimikaren atal hau bere lanak teknologikoki bideratzen ditu, kutsadura ekiditeko eta ez berriztagarriak diren baliabideen kontsumoa murrizteko adibidez.

Kimika berdearen helburu batzuk, molekula berrien diseinua, material, produktu eta prozesu eraginkorragoak egitea dira. Helburu guzti hauek testuinguru askotan lantzen dira gaur egun.

Kimika berdea 1990-ren hamarkadan agertu zen zehaztapena izan zen, ikerkuntza asko burutu eta ideia asko lotu ondoren. Hala nola, ekonomia atomikoa eta katalisia. Kimika berdearen garapena Europan eta Estatu Batuetan ingurumenaren arazoak konpontzeko ikuspegi aldaketarekin batera eman zen. Izan ere, garai horretan kutsadura kimikoa asko igo zen eta baliabideen agorpena gero eta ebidentegoa zen. Teknologiaren garapenarekin batera, kutsadura murriztu eta igorpen industrialak kontrolatu eta txikitzea helburua zen.

1990-ren hamarkaden erdialdean eta bukaeran, kimika berdearen kontzeptua zabaldu zen kimika garbira eta kimika iraukorrera. Estatu Batuetan, kutsaduraren prebentziorako hainbat programa abian jarri ziren. Bestalde, Erresuma Batuan esaterako, Yorkeko Unibertsitateko ikertzaileek Green Chemistry aldizkaria argitaratzen hasi zen.

1998.urtean, Paul Anastas eta John C. Warner kimika berdearen praktika gidatzeko printzipio batzuk publikatu zituzten. 12 printzipio hauek ingurumen inpaktuak eta produkzio kimikoaren osasuna murrizteko balio dute, eta kimika berdearen teknologiaren garapenerako ikerkuntzen lehentasuna adierazten dute. Hauek dira:

1. Prebentzioa. Ahalik eta hondakin gutxiago garrantzitsua da, sortu ondoren garbitzea baino hobeagoa baita.
2. Eraginkortasun atomikoa. Prozesuan erabilitako material ahalik eta gehien azken produktuan agertzen saiatu behar dira, hau da, prozesu erdian galdutako material kantitatea ahalik eta txikiena izan behar da.
3. Sintesi segurua. Ahal den neurrian giza- eta ingurune-toxikotasun gutxi sortzen dituzten sustantziak erabili behar dira.
4. Produktu kimiko seguruak. Toxikotasun gutxiko produktuak diseinatu behar dira, produktuen eraginkortasuna mantentzen den bitartean.
5. Disolbatzaile seguruagoak. Ahal den neurrian, arriskuak eragiten ez dituzten disolbatzaileak erabili behar dira.
6. Energia eraginkorra. Behar energetikoak ingurumen inpaktu eta inpaktu ekonomikoen erlazioan kontsideratu behar ditugu. Metodo sintetikoak inguruneko tenperatura eta presioetara egokitu behar dira.
7. Iturri berriztagarriak. Hasierako materia berriztagarria izaten saiatu behar da, ekonomikoki eta teknikoki erabilgarria izateaz gain.
8. Deribatuak sahiestu. Deribatuen alferrikako formazioa ( protekzioa/desprotekzioa, prozesu fisiko-kimikoen aldaketa tenporala) sahiestu behar da ahal den neurrian.
9. Katalisia. Erreaktibo katalizatzaileak estekiometrikoak baino gehiago izatea.
10. Biodegradabilitatea. Produktu kimikoak diseinatu behar dira bere funtzioaren amaieran ingurunean ez irauteko, eta degradatu ahal izateko.
11. Kutsadura. Sustantzia kutsakorren eta arriskutsuen sorrera sahiestu behar da, batez ere, CO2 gasaren igorpena murriztea.
12. Istripuen prebentzioa. Sustantziak eta teknika kimikoak, istripuak sahiesteko, modu egokian aukeratu behar dira.

Disolbatzaile berdeak

Disolbatzileak kantitate handitan erabiltzen dira erreakzio kimiko askotan, sintesietan batez ere. Garbiketa edo koipeak kentzea dira hauen adibide garbiak. Arazoa da, disolbatzaile gehienak toxikoak direla edo bestela koloranteak dituztela.

Disolbatzaile berdeak aldiz, produktu berriztagarrien eratorriak dira, eta kaltegarriak ez diren produktuetan biodegradatzen dira normalean.

Bioerregaiak

 

Erregai fosilak ordezkatzea helburu duten erregaiak dira bioerregaiak eta horien adibide bat etanola da. Etanola, fermentazioaren bidez lortzen den biofuela da, eta belarra eta gari azaletik lor daitezke. Adapatazio prozesu baten bitartez, kotxeek etanol purua (E100) edo petroleo eta etanol arteko nahasketa bat erabil dezakete. Nahiz eta etanolaren erabilera askoz mesedegarriagoa izan ingurumenarentzat, baditu hainbat alderdi negatiboak: gasolinaren %70-ko dentsitate energetikoa du soilik, tenpatura altuetan azidoa denez korrosioa sor ditzake eta ura erakartzeko tendentzia dauka. Horregatik, gaur egun hainbat inbestigazio eramaten ari dira aurrera etanolaren erabilera optimizatzeko.

Plastiko biodegradagarriak

 

10. printzipioak esaten duenez, garrantzitsua da produktu kimikoak behin erabili eta gero ez geratzea ingurumenean eta degradatzea, hau da, biodegradagarriak izatea. Plastiko tradizionalak ez dute ezaugarri hau betetzen eta horregatik plastiko biodegradagarrien ikerkuntza indarra hartzen ari da, eta horien adibide bat, azido polilaktikoa da. Termoplastiko hau artoaren almidoiatik eta azukre kanaberatik lortzen da batez ere. 3D imprimaketaren munduan material oso erabilia da eta uraren eta karbono oxidoaren bidez errez degradatzen da.

Teknika sintetikoak

Teknika sintetikoak normalean bai ingurumenarentzat bai kimika berdearentzat onuragarriak dira. Esate baterako, 2005ean Kimikako Nobel Saria Yves Chauvin, Robert H. Grubbs eta Richard R. Schrock kimikariei eman zieten, ekoizpen eraginkorragoaren inguruan egindako lanengatik. 2005ean egindako ikerkuntza batek 3 aurrerapen garrantzitsu lortu zituen: karbono dioxidoa disolbatzaile berde bezala erabiltzea, oxidazio garbietan burdin peroxidoa erabiltzea eta zenbait sintesietan hidrogenoa erabiltzea.

Bestalde, bioingenieria terminoari buruz ere hitz egin beharra dago. Bioingenieria kimika berdearen helburuak lortzeko erabili den teknika bat da. Teknika honi esker genetikoki aldatuak izan diren produktuetan produktu kimiko garrantzitsuak sintetiza daitezke. Adibidez, “shikimate”-a, Tamifluaren aitzindari bat, bakterioekin erabiltzen dena.

Gainera, kimika berdearen inguruan kontzeptu berriak sartu dira, “click kimika” edo “farmazia berdea” esaterako, antzeko printzipioetan oinarrituz.

Hidrazina

Adibidea hau hidrazinaren ekoizpenean oinarritzen da, baina peroxidoak erabilita, gatzaren kogenerazioa ez sortzeko. Hidrazinaren ekoizpen tradizionala, Olin Raching prozesuan oinarritzen da: sodio hipokloritoa eta amoniakoa erreakzionatuz, hidrazina, sodio kloruroa eta ura lortuz. Honelakoa da erreakzioa:

NaOCl + 2 NH3 → H2N-NH2 + NaCl + H2O

Peroxido berdearen prozesuan, oxidatzaile bezela hidrogeno peroxidoa erabiltzen da, eta produktu bezala ura eta hidrazina lortuz.

2 NH3 + H2O2 → H2N-NH2 + 2 H2O

Bigarren erreakzio honek ez ditu inolako disolbatzaile auxiliarrak behar. Kasu honetan, metil-etil zetona erabiltzen hidrazina lortzea ahalbidetzen duena, interfasean ketazida eta erreakzioaren nahasketa banaduz. Honek, beste motatako disolbatzaileak ez erabiltzeko aukera ematen digu.

1,3 propanodiol

1,3 propanodiola, 7. printzipioaren adibide oso adierazgarri bat da. Normalean, sustantzia hau baliabide petrokimikoak erabilita lortzen da. Hala ere, lehengai berriztagarriak erabilita ere lor daiteke. Horretarako, 1,3-propaniodiola biologikoki banatzen da, genetikoki aldatuta dagoen E.coli-a erabiliz. 1,3-propanodiol hau poliester berriak egiteko erabiltzen da, bereziki alfonbrak egiteko.

Laktidoak

2002. urtean Cargill Dowek “Greener Reaction Conditions” saria irabazi zuen, azido poliaktikoaren polimerizazioaren metodoa hobetzeagatik. Izan ere, hondakin kopurua murritztu zituen eta ekonomia atomikoa hobetu zen. Hala ere, Dowek bere proiektua bertan behera utzi izan behar zuen, laktidan oinarritutako polimeroak ez zutelako ondo funtzionatzen.  Aurrerago, polimero kristalizagarriak egin ziren, aplikazio gehiago zituztenak, arropan, elikagaien ontzietan eta mahai tresnetan esaterako.

 

Gantzen transesterifikazioa

 

Transesterifikazioa alkohol baten alkoxi taldearen aldaketa da. Teknika honen emaitza trans-gantzik gabeko produktuak dira. Osasunaren aldetik onura asko ekarri ditu eta bestetik, prozesu honek produktu kimiko toxikoen eta uraren erabilera murriztu egin du. Modu horretan, bigarren mailako produktuen, olio eta xahututako gantzen kantitate handiak saihestu daitezke.

Azido biosukzinikoa

Azido sukzinikoa eguneroko bizitzan erabiltzen diren produktu askotarako erabiltzen den oinarrizko materiala da, adibidez, koloranteak, lakak, perfumeak eta medikamenduak egiteko erabiltzen da eta janarian gehiagarri moduan agertzen da ere bai. Normalean azido sukzinikoa sortzeko petroliaren eratorriak erabili izan ohi dira. Hala ere, azken urteetan garatu egin dira prozesu eta teknikak azido sukzinikoa sortzeko lehengai berriztagarriak erabiliz oinarri moduan. Honek, ondorio onak ekarri ditu: gastu ekonomikoa murriztu da eta batez ere, energia gastua eta CO2 emisioak murriztu dira petrolioaren erabilerarekin konparatuta.

Laborategiko produktu kimikoak

Kimika berdearen ikuspuntutik, laborategiko hainbat produktu kimikoen erabilera inpaktu handia sortzen dute ingurumenean. Bromuro etidioa, xilenoa, merkurioa eta formaldehidoa adibidez, inpaktu handia sortzen dute. Disolbatzaileak dira batez ere eragin handiena sortzen dutena, horregatik, gero eta disolbatzaile ekologiko gehiago erabiltzen ari dira erreakzio metodoetan eta laborategiko eskalako purifikazioetan.

Ibuprofenoa

Ibuprofenoaren sintesi originalak 6 etapa zituen eta bere eraginkortasuna %40 eta %60 artekoa zen soilik, horregatik, bere ekonomia atomikoa oso txikia zen. Honi aurre egiteko, 1990an sintesi teknika desberdin bat erabiltzen hasi zen. Teknika berri honek %77-ko eraginkortasuna zuen eta 2 etapa zituen bakarrik. Beraz, teknika berri honen bidez, ibuprofeno gehiago sortzen da denbora gutxiagoan eta energia gutxiago gastatu eta hondakin gutxiago sortzen dira (6 etapa ordez, 2 etapa direlako).

Europar Batasuna

2007an, Europar batasunak kimika berdearekin zerikusia duen programa bat abian jarri zuen. Programa horrek, empresak derrigortzen ditu bere produktuak seguruak direla frogatzen duten datuak ematera. Produktuen arriskuen ebaluaketa ziurtatzeaz gain, erabiltzeko orduan arriskuak ekiditea du helburu eta ingurumenarentzat oso kaltegarriak diren produktu batzuk debekatzeko aukera du.