Wprowadzenie w życie zasad zielonej chemii umożliwia otrzymywanie produktów chemicznych i prowadzenie procesów, które eliminują użycie niebezpiecznych substancji, zapewniając ogólnej populacji zadowolenie ze wzrastającego standardu życia bez negatywnego wpływu na „zdrowie” Ziemi.
Czyste technologie chemiczne pozwolą dostarczyć społeczeństwu produkty i usługi w odpowiedzialny sposób w stosunku do środowiska. Ścisła współpraca przemysłu i świata naukowego jest niezbędna, aby promować adaptację zielonych technologii, które umożliwią również zrównoważony rozwój społeczny.


Wprowadzenie historyczne

Historia ludzkości to przede wszystkim historia relacji między ludźmi a otaczającą przyrodą. W czasach przedhistorycznych rozwój gatunku ludzkiego w silnym stopniu był uzależniony od przyrody. Znaczna eksploatacja bogactw naturalnych to nic nowego w historii. Intensywnie rozwijające się rolnictwo w Cesarstwie Rzymskim potrzebowało dużej ilości energii.
Energia ta potrzebna była też w otrzymywaniu metali, broni, w budowaniu okrętów, mieszkań, popularnej dla społeczeństwa rzymskiego łaźni.
Doprowadziło to do kompletnego wyniszczenia lasów, początkowo we Włoszech, później wszystkich obszarów dookoła Morza Śródziemnego. Zmiany klimatyczne w regionie są odczuwalne do czasów współczesnych. Była to historycznie pierwsza duża katastrofa ekologiczna związana z działalnością człowieka.

Druga katastrofa ekologiczna podobnych rozmiarów zdarzyła się w Ameryce Północnej, kiedy to osadnicy i farmerzy zajętą ziemię przekształcali w pola uprawne i rozpoczęli hodowlę bydła i świń. Wycinali liściaste i iglaste lasy niszcząc dużą ilość dzikiego życia i ograniczając warunki bytowania tubylców.
Nastąpiło także obniżenie poziomu wody gruntowej. Zielone równiny w Arizonie zamieniają się w pustynie. Z ponad 70 gatunków roślin w tym różnorodnych traw znanych przez Indian zachowało się tylko kilka, głównie „krzaki” i kaktusy.

W końcu XIX wieku nastąpił ogromny postęp techniczny, który powodował wzrost ekonomiczny, co pociągnęło za sobą zasadniczą poprawę standardu życia w krajach uprzemysłowionych.
Spowodowało to wiele ujemnych konsekwencji w środowisku naturalnym, uwzględniając w tym eksploatację bogactw naturalnych do granic limitujących ich całkowite wyczerpanie. Okazało się, że Ziemia nie jest „bezkresnym, nie kończącym się terytorium”, które można bezkarnie eksploatować i wprowadzać zanieczyszczenia przemysłowe i komunalne.

Po drugiej wojnie światowej globalne zużycie wody potroiło się. Wzrosło dwukrotnie zużycie drewna jako materiału budowlanego. Potroił się wyrąb lasów dla uzyskania ciepła. Zapotrzebowanie drewna jako surowca dla otrzymywania papieru zwiększyło się aż 6-krotnie. Konsumpcja ryb morskich wzrosła pięciokrotnie, znacznie zmniejszyła się powierzchnia uprawna ziemi. Wiele gatunków zwierząt i roślin jest bliskich wytępienia.

Niewielki wydawałoby się wzrost zawartości ditlenku węgla w atmosferze, od 0,028% na początku ery przemysłowej do 0,035% obecnie, stanowi główny powód obserwowanego ocieplenia klimatu.
Używane dotychczas w przemyśle freony wpływają na osłabienie koniecznej do życia warstwy ozonowej - szczególnie drastycznie w sferze biegunowej. Zgodnie z teorią chaosu powiedzenie „mała przyczyna - duży skutek” jest w powszechnej świadomości łączone ze zmianami klimatu.

Globalne ocieplenie przebiega szybciej niż oczekiwano (raport komisji ONZ, luty 2007 r.). Zaniepokoiło to przywódców uprzemysłowionych państw Świata i na ostatnim spotkaniu w czerwcu 2007 roku (Szczyt G8) sprawa ocieplenia klimatu była jedną z najważniejszych.
Były wiceprezydent USA Al Gore uzyskał za swoją działalność w tym zakresie Nagrodę Nobla w 2007 roku. Z raportu ONZ wynika, że ludzkość spala dziennie:

• 10 mln ton ropy naftowej;
• 12,5 mln węgla;
• 7,5 mld m3 gazu ziemnego.

Od początku ery przemysłowej ludzkość zużyła tyle kopalin, w tym surowców energetycznych, ile Ziemia zdołała zgromadzić w ciągu 500 mln lat. Jednak aktualnie w Chinach i Indiach jest budowanych dalszych 650 elektrowni opalanych węglem.

Ocieplenie klimatu jest nieuniknione. To stwarza konieczność przygotowania Świata, w tym głównie krajów ubogich, najbardziej narażonych na skutki zmian klimatycznych, do życia w warunkach cieplejszego klimatu.
Powinno się w związku z tym m.in. opracować nowe gatunki roślin przystosowanych do rozwoju w suchych warunkach, budować tamy itp. Ta ogromna dynamika rozwoju technologicznego w erze przemysłowej dająca istotny wzrost standardów życia ludzi doprowadziła do wielu zagrożeń ekologicznych jak:

• degradacja bogactw i zasobów naturalnych, w tym lasów, gleby i wody;
• zanieczyszczenia biologiczne powodujące schorzenia człowieka i świata przyrody;
• zanieczyszczenia chemiczne, powietrza, gleby, wody, środków spożywczych a w konsekwencji organizmów żywych;
• zanieczyszczenia fizyczne, akustyczne, termiczne, radioaktywne;
• zanieczyszczenia estetyczne wyrażające się w brzydocie, chaosie, bezładzie przemysłowym, naruszeniem krajobrazu.

Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) już obecnie przyjmuje się, że ¾ wszystkich chorób człowieka związanych jest ze złym stanem środowiska naturalnego, a więc z wszystkimi wymienionymi zagrożeniami.

Zdecydowana większość uczonych uważa, że jeżeli ludzkość chce przetrwać to musi zmienić styl życia, dostosować wzrost gospodarczy do poziomu umożliwiającego procesy samooczyszczania środowiska naturalnego.

W ostatnich latach opinia światowa w tym liczne monografie, konferencje naukowe skupiały się na niebezpiecznie wysokim stopniu ingerencji człowieka w środowisko naturalne i rozmiarem już dokonanych zniszczeń oraz propozycji wyjścia z tego stanu.


Podkreśla się wielką rolę inżyniera w tym posłannictwie w celu podtrzymania zadowalających warunków życia na naszej planecie. Na tych konferencjach oraz w różnych raportach nakreślono wszechstronną wizję przyszłości ludzkości, która weszła w XXI wiek, w erę Zrównoważonego Rozwoju (Sustainable Development), która nastąpiła po erze rolniczej i przemysłowej.


Zrównoważony rozwój

Uważa się, że dalsza nierozsądna, wręcz rabunkowa działalność człowieka w stosunku do przyrody może uczynić naszą planetę trudną do życia zarówno dla świata roślinnego, zwierzęcego jak i ludzi. Najwłaściwszą drogą dalszego postępu cywilizacyjnego jest koncepcja zrównoważonego rozwoju, której ideę podał współzałożyciel Klubu Rzymskiego włoski uczony A. Paccei:

„Trzeba odrzucić kategorycznie przekonanie o tym, że rodzaj ludzki ma prawo robić to, co mu się podoba z naszą planetą, tak jakby wszystkie formy życia istniały do naszej dyspozycji i były tylko od nas uzależnione”

Zgromadzenie Narodów Zjednoczonych w 1983 roku powołało Światową Komisję Środowiska i Rozwoju. Komisja ta w skali globalnej miała zbadać jak działalność człowieka dotknęła środowisko naturalne Ziemi oraz określić aspekty ekonomiczne i społeczne tej działalności.
Prace komisji nad tym raportem pod kierownictwem pani Harlem Brundland, która była również premierem Norwegii, została zakończona w 1987 roku i opublikowana pod tytułem „Nasza wspólna przyszłość” („Our Common Future”). Opracowanie to przedstawia sukcesy i porażki ludzkości w XX wieku. Za sukcesy uznano:

• niesłychany rozwój nauk i to nie tylko technicznych ale i humanistycznych,
• spadek umieralności niemowląt, szybszy wzrost produkcji żywności niż wzrost liczby ludności,
• przedłużenie przeciętnego wieku (47 lat w 1900 roku do 75 w końcu wieku),
• wzrost odsetka młodzieży, która czyta i pisze,
• wzrost odsetka dzieci uczęszczających do szkół.

Wśród niepowodzeń wymieniono:

• wojny światowe i zniszczenie środowiska,
• wzrost liczby głodujących,
• wzrost liczby ludności nie mającej dostępu do zdrowej wody,
• wzrost liczby ludności nie mającej zdrowego i bezpiecznego mieszkania,
• wzrost liczby ludności nie mającej opału,
• zwiększenie rozpiętości ekonomicznej miedzy narodami bogatymi i biednymi.

Zrównoważony rozwój ma zapewnić trwałą równowagę pomiędzy koniecznym zaspokojeniem potrzeb społeczno-ekonomicznych ludzkości, a wymogami szeroko pojętej ochrony środowiska i harmonijnego z nim współżycia teraz i w przyszłości.

Zrównoważony rozwój jest często pojmowany jako wielowymiarowa, humanitarna koncepcja rozwoju służąca poprawie jakości życia i dobrobytu ludzkości w warunkach ograniczonych zasobów Ziemi, uwzględniający dalekosiężne skutki działalności przemysłowej czyli tzw. „etykę środowiska” obejmującą poszanowanie przyrody i ochronę środowiska.
Musi on pogodzić trzy cele (ang. Environment, Economy, Equity):

• 1.Ekologiczny - powstrzymać degradację środowiska i eliminować zagrożenia.
• 2.Ekonomiczny - wyrażający się w zaspokajaniu podstawowych potrzeb materialnych ludzkości przy zastosowaniu techniki i technologii nieniszczących środowiska.
• 3.Społeczny i humanitarny - kształtowanie takiego modelu stosunków społeczno-ekonomicznych, które pozwoliłyby na zracjonalizowanie gospodarki zasobami Ziemi z uwzględnieniem zmian wywołanych w środowisku przez działalność człowieka.
  Troska o zmniejszenie ubóstwa; zwiększenie zdrowotności rodzaju ludzkiego w kontekście wzrostu gospodarczego, dążność do zrównoważenia rozwoju gospodarczego geograficznie (Północ - Południe) oraz problem III Świata w dobie globalizacji.
  
  Konieczność podnoszenia jakości życia jest więc priorytetem tej koncepcji dalszego rozwoju. Istnieją jednak bariery, które utrudniają bądź uniemożliwiają wprowadzenie tej idei w życie, dotyczy to głównie punktu trzeciego, a więc aspektów społecznych i humanitarnych. Szczyt Ziemi, który odbył się w 2002 roku w Johanesburgu stwierdził, że ogromna różnorodność kultur i mentalności ludzi sprawia, że w procesie zrównoważonego rozwoju, trzeba brać pod uwagę odmienne wartości, które ludzie przypisują korzyściom i kosztom w różnych rejonach Świata.
  
  Kulturowy, cywilizacyjny i przyrodniczy byt człowieka, coraz częściej, w coraz znaczniejszym stopniu narażony jest na różnego rodzaju kryzysy wywołane zbyt ekspansywnym i niepohamowanym rozwojem cywilizacyjnym. Rozwój społeczno-ekonomiczny wraz z postępem cywilizacyjnym znacznie wyprzedza intelektualny i psychiczny rozwój człowieka.
  W procesie zrównoważonego rozwoju ważny jest więc nie tylko materialny postęp lecz również rozwój intelektualny i duchowy człowieka.
  
  Chodzi o przewartościowanie dotychczasowego stylu życia i wprowadzenie „świadomego” człowieka na nową ścieżkę postępu prowadzącą w kierunku jakości, a nie ilości. Człowiek powinien być odpowiedzialny za przyrodę. „Homo Ecologicus” ma być zupełnie inną istotą, jakościowo lepszą od aktualnie dominującego „Homo Sapiens”.
  
  Zielona Chemia jest nie tylko inspiratorem i bodźcem szybszego unowocześniania przemysłu chemicznego, ale wpływa również istotnie na myślenie i styl życia człowieka zgodnie z ideą zrównoważonego rozwoju.
  Skutecznym sposobem wprowadzania w życie idei zrównoważonego rozwoju i zasad Zielonej Chemii jest proces ekologizacji gospodarki.
  
  Dotychczas jednak preferuje się ekonomizację środowiska, która polega na zastosowaniu w ochronie środowiska instrumentów ekonomicznych obejmujących kilka płaszczyzn; surowe normy emisji zanieczyszczeń, wprowadzenie nowych generacji urządzeń oczyszczających (m.in. różne rozwiązania na „koniec rury”) itp.
  Zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju i Zielonej Chemii ingeruje się w sam proces technologiczny, który powinien nie dopuszczać do powstawania groźnych odpadów w samym źródle, a więc następuje promocja czystej produkcji będącej bezpośrednim nawiązaniem do ekologizacji przemysłowej, w której kluczowymi słowami są „wyczerpywanie” i „zanieczyszczenie”.
  
  Tak więc technologia ograniczająca zużycie nieodnawialnych zasobów surowców, a także nie zanieczyszczająca środowiska. Powstają nowe metody produkcji tzw. „zrównoważone technologie” (sustainable technologies) czy „zielone technologie” (green technologies) czy bliskoznaczne pojęcia „czyste technologie” (clean technologies). Oznaczają one w zasadzie idealne wersje technologii w pełni przyjazne środowisku i człowiekowi.
  
  Dominującą rolę w tym odegrała zielona chemia, a ostatnio coraz większe znaczenie zaczyna odgrywać też zielona inżynieria. Podstawowymi wymogami zrównoważonego rozwoju i zielonej chemii w ekologizacji gospodarki są:
  
  
  • ograniczenie zużycia nieodnawialnych zasobów przyrody
  • wykorzystanie zasobów odnawialnych,
  • opanowanie emisji szkodliwych substancji na poziomie nie niższym niż zdolność absorpcyjna przyrody
  • zmniejszenie obciążenia środowiska przez substancje trudno rozkładalne, aż do całkowitego ich wyeliminowania, ograniczenie wykorzystania powierzchni przez budownictwo, transport i przemysł do poziomu akceptowalnego ekologicznie
  • unikanie nieodwracalnych szkód w ekosystemach i systemach społecznych,
  • zachowanie różnorodności gatunkowej a tym samym zdolności funkcjonowania systemów ekologicznych i łańcuchów pokarmowych
  • wykształcenie sposobów życia i konsumpcji chroniących środowisko,
  • ukształtowanie naturalnej i kulturowej przestrzeni życia człowieka,
  • ograniczenie energochłonności i materiałochłonności przemysłu i przetwórstwa surowców,
  • oszczędne gospodarowanie przestrzenią.
  
  
  Zielona Chemia
  
  W początkach lat 90-tych ubiegłego stulecia powstał na świecie nowy ruch naukowo-społeczny o znaczeniu historycznym, który za cel podstawowy przyjął położenie kresu zagrożeniom życia i zanieczyszczeniom niebezpiecznymi substancjami środowiska naturalnego przez technologię chemiczną.
  
  
  Ruch ten przyjął nazwę „Green Chemistry” i stanowi zupełnie nowe podejście do rozwiązywania trudnych problemów środowiskowych i jest ważnym elementem zrównoważonego rozwoju.
  Zielona Chemia korzystając z osiągnięć współczesnej chemii skupia się na projektowaniu na poziomie molekularnym produktów i procesów bezpiecznych dla człowieka i nie zagrażających środowisku naturalnemu, uwypuklając w ten sposób humanitarne oblicze nauk chemicznych.
  Zielona Chemia wchodzi aktualnie jako kryterium nowego projektu technologicznego tak jak inne parametry fizyko-chemiczne, co powinno zmniejszyć lub wyeliminować zagrożenie niebezpiecznymi chemikaliami.
  
  Szkodliwość związku wynikająca z jego właściwości chemicznych (reaktywności), fizykochemicznych (wybuchowości, palności), toksycznych (mutagennych, kancerogennych i innych), odporności na biodegradację związana jest z budową i strukturą przestrzenną cząsteczki i zmieniana może być na poziomie molekularnym.
  
  Tysiące nowych związków są odkrywane albo syntetyzowane codziennie – każdy z nieznanym czynnikiem zagrożenia.
  Już Paracelsus (1493 – 1541) uważał „że wszystkie substancje to trucizny, jedynie dawka odróżnia truciznę od lekarstwa”. Dało to początek najbardziej zasadniczego pojęcia w toksykologii dotyczącego dawki, a jej działaniem leczniczym i trującym. Ogromny postęp uzyskano w zakresie zrozumienia zależności miedzy budową cząsteczki i jej aktywnością biologiczną oraz oddziaływaniami synergetycznymi chemikaliów.
  
  Producenci pestycydów ulepszyli selektywność środków owadobójczych i chwastobójczych przez wykorzystanie informacji generowanej przez toksykologów określającej współzależność miedzy budową cząsteczki i mechanizmem jej działania w celu zmniejszenia toksyczności.
  Te ulepszenia nie tylko bezpośrednio zmniejszają ryzyko dla ludzkiego zdrowia, ale też pośrednio poprzez wytwarzanie związków, które są szybciej degradowalne w środowisku naturalnym do nieszkodliwych substancji.
  
  
  Oszacowano, że 43% produkowanych chemikaliów na świecie nie ma pełnych badań toksykologicznych, a o 7% brak danych w ogóle.
  Inicjatorzy idei zielonej chemii podkreślają, że chemicy projektujący i realizujący procesy chemiczne powinni przestrzegać zasadę Hipokratesa primum non nocere (przede wszystkim nie szkodzić) odniesioną do człowieka i środowiska naturalnego.
  Zrównoważony rozwój stał się bodźcem i inspiracją do sformułowania 12 zasad Zielonej Chemii (1991), a 12 lat później zasad zielonej inżynierii. Anastas i Warner Zieloną Chemię definiują następująco;
  
  „Zielona Chemia jest to projektowanie produktów i procesów chemicznych, które zmniejszają lub eliminują użycie i wytwarzanie niebezpiecznych substancji”.
  
  Termin „niebezpieczne substancje” ma wg autorów bardzo szerokie znaczenie;
  
  
  • Fizyczne (np. palność zagrożenie eksplozją)
  • Toksykologiczne (np. rakotwórczość mutagenność)
  • Globalne (np. wpływ na zanikanie ozonu, zmiany klimatu, zagadnienia energetyczne, zasoby czystej wody, surowców).
  
  Projektowanie natomiast jest związane ze świadomym i rozważnym zastosowaniem kryteriów, zasad i metodologii zielonej chemii w przemyśle.
  Rozwijając tę definicję Anastas i współpracownicy oraz później inni badacze widzą Zieloną Chemię jako;
  
  
  
  • opracowanie i wdrażanie do produkcji nowych metod oszczędnego przetwarzania surowców odnawialnych i wykorzystania w syntezach biomasy odpadowej,
  • poszukiwanie nowych metod syntezy z zastosowaniem oryginalnych aktywnych i selektywnych katalizatorów oraz bezpiecznych reagentów,
  • rozwijanie czystych i oszczędnych metod prowadzenia reakcji elektrochemicznych, fotochemicznych, sonochemicznych i wspomaganych mikrofalami,
  • wykorzystanie w syntezie chemicznej nowych mediów reakcyjnych; cieczy jonowych, płynów pod- i nadkrytycznych i cieczy fluorowych,
  • redukcja emisji szkodliwych dla środowiska odpadów gazowych, ciekłych i stałych,
  • wykorzystanie w procesach chemicznych nowych źródeł energii,
  • dostarczenie nowych bezpiecznych dla człowieka i środowiska produktów.
  
  Szczególnego znaczenia w Zielonej Chemii nabiera tzw. zasada oszczędności atomowej. Zasadę tę sformułował Trost.
  Jej istota sprowadza się do wyeliminowania lub ograniczenia produktów ubocznych w nowoczesnych syntezach chemicznych, poprzez wkomponowanie możliwie wszystkich atomów znajdujących się w wyjściowych reagentach w produkt reakcji. Dotychczas obowiązywała idea „zrób projekt przy jakimkolwiek koszcie”.
  
  Z oszczędności atomowej można obliczyć wielkość odpadów w postacie współczynnika E wyznaczającego ilość odpadów w kg/kg produktu. W różnych gałęziach przemysłu wartości współczynnika E wahają się w szerokich granicach, np. w przemyśle farmaceutycznym wartość współczynnika E sięga 100, podczas gdy w procesach przeróbki ropy naftowej wartość ta nie przekracza zwykle 0,1. W produkcji masowych chemikaliów E waha się od 1 do 5.
  
  Znając wielkość E można próbować określić udział „Zielonej Chemii” w otrzymanym produkcie. Jeżeli np. określona reakcja daje wydajność 75% (nie przereagowane substraty zawrócone do obiegu) i niewiele produktów ubocznych a jest alternatywna synteza dająca wyższą wydajność przy zmniejszonej ekonomii atomowej, to reakcja pierwsza byłaby bardziej odpowiednia dla środowiska.
  Większość podręczników chemii organicznej nie odnosi się do ekonomii atomowej jako koniecznego warunku procesu. Zasady określające zakres i istotę Zielonej Chemii podam w drugiej części artykułu.
  
  Ważne pozycje literaturowe:
  
  • 1.Anastas P.T., Green Chemistry, Theory and Practice, Oxford University Pess, 1998.
  • 2.Clark J., Macquarrie, Handbook of Green Chemistry and Technology, Blackwell, 2002.
  • 3.Paryjczak T., Lewicki A., Zaborski M., Zielona Chemia, PAN, Oddział w Łodzi, Komisja Ochrony Środowiska, 2005.
  • 4.Burczyk B., Zielona Chemia, zarys, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2006.
  • 5.Paryjczak T., Lewicki A., Zaborski M., Zielona chemia – przyszłość ochrony środowiska, s. 299- 327, w monografii Misja chemii pod red. Marcińca B., Wydawnictwo Poznańskie, Poznań 2004.
  • 6.Pawłowski A., 2007, Bariery we wdrażaniu rozwoju zrównoważonego – spojrzenie ekofilozofa, Problemy Ekorozwoju, Vol. 2, No 1, s. 59-65.
  • 7.Matlack A.S., Introduction to Green Chemistry, Mareel Dekker Inc., 2001.
  • 8.Hoffer R., Bigorra J., Green Chemistry No 9, 2003, (2007)
    
    Tabela 1. Współczynnik E w przemyśle chemicznym
    
    
    
    *Prof. dr hab. Tadeusz Paryjczak, Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej, Politechnika Łódzka
    
    
    
    http://laboratoria.net/home/11274.html