Дело в химии. Как все устроено?

Безопасности конечного продукта сегодня уже недостаточно как для защиты нас самих, так и планеты в целом, необходима отдельная работа по улучшению всех производственных процессов. Например, несмотря на то, что использование электромобиля и возобновляемых источников энергии, как мы уже отмечали, может помочь снизить наносимый нами ущерб, аккумуляторы пока еще основаны на использовании лития, а шахты, где его добывают, оказывают весьма серьезное влияние на природу: сможем ли мы заменить литий в аккумуляторах? Аналогично, сможем ли мы удалить из промышленного обихода токсичные растворители, широко применяемые на производстве? Можно ли сократить отходы пищевой промышленности? А синтезировать аммиак менее энергозатратным путем, чем сегодня?

Чтобы ответить на эти вопросы и решить проблемы, связанные с влиянием химических процессов на окружающую среду, пришлось создать зеленую химию.

В отличие от химии окружающей среды, она изучает, как некоторые вещества влияют на природные условия, и ее целью является развитие новых технологий, которые бы снижали ущерб, наносимый химией природе и помогали избегать использования или создания опасных веществ, а также поиск новых материалов из возобновляемых и экологичных источников с помощью новых инструментов и усовершенствования старых методов.

Подход зеленой химии инновационен, поскольку делает упор на предупреждение: она не только стремится ограничить ущерб или снизить выбросы путем создания сложной системы устранения отходов, но и вообще избежать их образования.

Датой рождения зеленой химии принято считать 1998 год, когда Пол Анастас вместе со своим другом и коллегой Джоном Уорнером опубликовали книгу, в которой сформулировали основы новой дисциплины: «Зеленая химия: Теория и практика» (Green Chemistry: Theory and Practice)[42]. Пол Анастас, сегодня уже директор Центра зеленой химии и инженерии Йельского университета, предложил эту концепцию еще в начале девяностых, когда работал руководителем отделения промышленной химии Агентства по охране окружающей среды США (EPA). Термин «зеленая химия» быстро прижился. Уже в 1995 году Билл Клинтон основал Президентскую премию за воплощение в химические технологии принципов зеленой химии (Presidential Green Chemistry Challenge Awards), предназначенную для награждения как производителей, так и академических ученых за разработку и внедрение изобретений, позволивших сделать процессы более надежными и эффективными. Интерес возрос еще значительнее после публикации книги Анастаса и Уорнера, и в 1999 году Королевское химическое общество, одно из самых уважаемых издательств научных публикаций в области химии, учредило журнал «Зеленая химия» (Green Chemistry), целиком посвященный статьям, подходящим под это определение.

В своей знаменитой книге 1998 года Анастас и Уорнер сформулировали двенадцать принципов зеленой химии[43], которые вы прочтете ниже. Не беспокойтесь, если не покажутся понятными сразу: мы их потом проанализируем.

1. Лучше предотвратить потери, чем перерабатывать и чистить отходы.

2. Методы синтеза надо выбирать таким образом, чтобы все материалы, использованные в процессе, были максимально переведены в конечный продукт.

3. Методы синтеза по возможности следует выбирать так, чтобы используемые и синтезируемые вещества были как можно менее вредными для человека и окружающей среды.

4. Создавая новые химические продукты, надо стараться сохранить эффективность работы, достигнутую ранее, при этом токсичность должна уменьшаться.

5. Вспомогательные вещества при производстве, такие как растворители или разделяющие агенты, лучше не использовать совсем, а если это невозможно, их использование должно быть безвредным.

6. Обязательно следует учитывать энергетические затраты и их влияние на окружающую среду и стоимость продукта. Синтез по возможности надо проводить при температуре, близкой к температуре окружающей среды, и при атмосферном давлении.

7. Исходные и расходуемые материалы должны быть возобновляемыми во всех случаях, когда это технически и экономически выгодно.

8. Где возможно, надо избегать получения промежуточных продуктов (блокирующих групп, присоединение и снятие защиты и т. д.).

9. Всегда следует отдавать предпочтение каталитическим процессам (по возможности наиболее селективным).

10. Химический продукт должен быть таким, чтобы после его использования он не оставался в окружающей среде, а разлагался на безопасные продукты.

11. Нужно развивать аналитические методики, чтобы можно было следить в реальном времени за образованием опасных продуктов.

12. Вещества и формы веществ, используемые в химических процессах, нужно выбирать таким образом, чтобы риск химической опасности, включая утечки, взрыв и пожар, были минимальными.

Вместо того чтобы анализировать эти принципы один за другим, попробуем выявить то, что их объединяет, поскольку они все так или иначе связаны между собой.