Evaluación de Impacto Ambiental de la opinión
24 (2004) 775-799 www.elsevier.com/locate/eiar
Química verde John C. Warner *, Amy S. Cannon, Kevin M. Dye Centro de Química Verde, Universidad de Massachusetts-Boston, 100 Morrissey Boulevard, Boston, MA 02125-3393, EE.UU. Disponible en linea
Abstracto Un gran desafío que enfrenta el gobierno, la industria y el mundo académico en la relación de nuestra sociedad tecnológica con el medio ambiente está reinventando el uso de materiales. Para hacer frente a este reto, será necesaria la colaboración de un grupo interdisciplinario de los interesados. Tradicionalmente, Tradicionalmente, el enfoque de la gestión de riesgos de los materiales y productos químicos ha sido a través de inerventions destinadas destinadas a reducir la exposición a materiales que son peligrosos para la salud y el medio ambiente. En 1990, la Ley de prevención de la contaminación animó un nuevo tacto-eliminación tacto-eliminac ión de los riesgos en su origen. Una aproximación novedosa a este gran reto pretende integrar el conjunto diverso de perspectivas e intereses ambientales en la práctica cotidiana de la gente más responsable para el uso y la creación de nuevos materiales-químicos. materiales-químicos. El enfoque, que ha llegado a ser conocido como química verde, tiene la intención de eliminar el riesgo intrínseco en sí, en lugar de centrarse en la reducción de riesgo mediante la minimización de la exposición. Este capítulo trata de la representación de intereses de los participantes ambiental aguas abajo en la práctica cotidiana de aguas arriba que está reinventando la química y sus insumos materiales, productos y residuos como se describe en los ''12 Principios de la Química Verde''.
re 2004 Elsevier Inc. Todos los derechos reservados.
palabras clave: Química verde; prevención de la contaminación; Benigna por diseño; La reducción de peligro intrínseco
1. Un gran desafío Hay un gran reto para el gobierno, la industria y el mundo académico en la relación de nuestra sociedad tecnológica con el medio ambiente-Reinventar el * Autor correspondiente. Dirección actual: Programa Programa de Química Química Verde, Escuela de Salud y Medio Ambiente, Ambiente, Universidad de Massachusetts Lowell, 3 Salomón Way, Suite 4, Lowell, MA 01854, EE.UU.. Tel .: + 1-978-934-4543; Fax: + 1-978-934. Dirección de correo electrónico:
[email protected] [email protected] (JC Warner).
0195-9255 / $ - see front matter re 2004 Elsevier Inc. Todos los derechos reservados. doi: 10.1016 / j.eiar.2004.06.006
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Uso de Materiales (Natio (National nal Research Council, 2001) 2001). Para abordar este de safío requerirá conexión a tierra en las percepciones, deseos, y las incertidumbres de un grupo interdisciplinario de los interesados. Aportaciones de las organizaciones estatales y privadas de investigación de inversión, los políticos y los gestores de riesgos, los comercializadores y consumidores, y los científicos, diseñadores e ingenieros que sirven a esos intereses deben estar todos comprometidos. Los practicantes de la Evaluación de Impacto Ambiental (EIA) tratan de dar cabida a esta amplitud de intereses de los participantes. Hasta ahora, el enfoque de la gestión de la que se ha articulado en la intervención materiales / productos químicos riesgo enfoques destinado a reducir la exposición a materiales que son peligrosos para la salud y el medio ambiente. En 1990, la Ley de prevención de la contaminación animó un nuevo tacto-eliminación de los riesgos en su origen.
Una aproximación novedosa a este gran reto pretende integrar el conjunto diverso d e perspectivas e intereses ambientales en la práctica cotidiana c otidiana (Heiskanen, 2001) de las personas más responsables para el uso y la creación de nuevos químicos de Materiales-. '' Este papel de la química no es generalmente reconocido por el gobierno o el público. De hecho, los productos químicos, química, y los químicos son en realidad vistos po r muchos como la causa ca usa de los problemas '' ( Clark, 1999) . De hecho, las emisiones de la industria química de residuos más peligrosos para el medio ambiente que cualquier otro sector de la industria, y más en total que se libera por los siguientes nueve sectores combinados ( Anasta s y Warner, 1998) 1998) .
El enfoque, que ha llegado a ser conocido como química verde, 1 tiene la intención de eliminar el riesgo intrínseco en sí, en lugar de centrarse en la reducción de riesgo mediante la minimización de la exposición. En este capítulo se refiere a la representación de los intereses de las partes interesadas aguas abajo del medio ambiente en la práctica cotidiana de aguas arriba que está reinventando la química y sus insumos materiales, productos y residuos. Directrices sobre la adopción de este enfoque es retratado en los '12 Principios de la Química Verde ''
(Anastas y Warner, 1998) 1998) . Química Verde se difunde en toda la industria química (SIC 28, SCIAN 325), e incluye el uso y el desarrollo de nuevas sustancias y procesos que afectan a otros sectores como la agricultura, la salud, automoción, aeroespacial, energía, electrónica y materiales avanzados. Preguntas clave para el lector son: '' puede incorporar la Química Verde de la amplitud de los intereses ambientales lejos aguas arriba de los puntos normales de EIA de la intervención? intervención? ( McDonald y Brown, 1995) ' '; '' Hace cabida o anticipar los intereses de EIA suficientemente Química Química Verde? ''; y '' ¿cuáles son las perspectivas perspectivas de la relación de la EIA y la química verde? ''.
2. Las nuevas tendencias
El papel de la Química Verde está íntimamente relacionado con amplias tendencias emergentes en las políticas, regulaciones e incentivos, iniciativas de la industria, la ciencia y 1 '' Química verde '' también se
conoce como '' Química Sostenible '', así c omo términos relacionados anteriores, anteriores, tales como: '' la
síntesis ambientalmente ambientalmente benigno '', '' benigna por diseño '' y '' química limpio ''.
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desarrollos profesionales involucrados en la reinvención de la utilización de materiales. Entender el desafío y el impacto potencial de la Química Verde depende de cierta familiaridad con el contexto de su adopción y la práctica. En esta sección se describe la escala de I + D en la industria química, la dinámica de la innovación química, y la interacción de la industria, el gobierno y las asociaciones profesionales y organizaciones no gubernamentales. La industria química representa el 7% de los ingresos globales, 9% del comercio mundial, US $ 1,5 billones en ventas en 1998, con un 80% de la producción mundial producida por 16 países. Se prevé que la producción aumente un 85% en 2020 con respecto a los niveles de 1995, más o menos al mismo ritmo que el crecimiento del PIB, pero con el doble de intensidad per cápita. Habrá una fuerte penetración en el mercado por otros países además de estos 16, especialmente en productos químicos básicos (OC DE, 2001) . Durante el último medio siglo, el mayor crecimiento en el volumen de cualquier categoría de materiales ha sido en los plásticos de origen petroquímico; y en términos de ingresos farmacéuticos han aumentado en las últimas dos décadas. La producción general está pasando de un predominio de productos químicos básicos de química fina / especialidad y los de las ciencias de la vida. En los EE.UU., la industria química aporta el 5% del PIB, el 12% del valor agregado y el PIB en toda la fabricación de Estados Unidos y es el principal exportador de la nación (Lenz y Lafrance, 1996) .
La práctica prospectivo de la Química Verde es principalmente en I + D, incluyendo aumento de escala. inversión en I + D en la industria química es de aproximadamente 5% de la producción bruta
(Rao et al., 1999) . Total de g asto en I + D se duplicó entre 1987 y 1997. La inversión en I + D de los productos químicos, que es predominantemente financiado por corporaciones, está en o cerca de la parte superior de la lista de todas las industrias, para todas las categorías (Landau y Rosenberg, 1991) . Química Verde se puede em plear también en otras industrias relacionadas con los materiales.
Gran parte de la industria química es intensiva en capital, sobre la base de las economías de escala, y por lo tanto las grandes empresas es habitualmente lenta para convertir a las nuevas tecnologías. La dinámica de antemano en la industria química, como por productos no-ensamblado en general, está dominado por el aumento de escala, la reducción de costes, y la creciente demanda que estimula la innovación proceso en lugar de innovaciones de productos innovadores. La porción Federal de financiación de la I + D es crucial para el avance de la Química Verde como gran parte de la financiación privada se dirige al avance incremental de los enfoques existentes.
El patrón de la innovación de procesos está marcada por discontinuidades ocasionales de tecnología que permite seguidos por largos períodos de incrementalismo (Utterback, 1996; Stobaugh, 1988) . La innovación de procesos en el sector químico es a menudo arriesgada, costosa, difícil, requiere una amplia combinación de habilidades, y tarda mucho tiempo (Freeman, 1986) . Con el fin de enmarcar las expectativas con respecto a la tasa de adopción de la Química Verde, a nivel de la industria, las tasas comparativas de evolución de las industrias son perspicaces. Una de las industrias más rápida evolución de los ordenadores personales es con un cambio de la tecnología del producto de menos de 6 meses y un ciclo de tecnología de procesos de 2-4 años; Los semiconductores son 1-2 y 3-10 años, respectivamente. Al otro extremo del espectro se encuentra la
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industria petroquímica con un nuevo ciclo de la tecnología del producto de 10-20 y 20-40 años para un cambio importante proceso. La industria farmacéutica está a medio camino con un ciclo de producto de 7-15 años y el ciclo de proceso de 5-10 años
(Fine, 1998) . Si bien no existe una concentración sustancial de la producción de las grandes empresas multinacionales, la producción de algunos productos químicos en los volúmenes de millones de toneladas por año, más del 95% de los 50.000 productos químicos fabricados en los EE.UU. son produc idos por empresas con menos de 50 empleados (Asociación de Químicos Orgánicos Sintéticos Fabricante, 2000) , Y en su m ayoría de menos de 1000 toneladas por año
(OCDE, 2001) . Hay a proximadamente 3.000 empresas químicas en los EE.UU. (1750 en productos químicos industriales, 1225 en productos farmacéuticos) y alrededor de 6000 empresas productoras de otros productos químicos. En la industria química de Estados Unidos, hay cerca de 89.000 de I + D químicos, ingenieros y técnicos se centraron en la innovación (Lenz y Lafranc e, 1996) . El contexto de la I + D y la innovación en la química puede ser visto como que se benefician de los motores económicos enormes, apalancado por un número bastante reducido de personas, con diversas oportunidades en iniciativas a pequeña escala (Poliakoff et al., 2002) .
La teoría y la práctica de la Química Verde se asocia (en concepto) con una reorientación en el paradigma para la realización de investigaciones basadas en la ciencia, es decir 'la investigación básica uso de inspiración 2 (S tokes, 1997) - la búsqu eda de la comprensión fundamental motivado por un problema práctico. Química Verde puede ser visto como '' el trabajo que localiza el centro de investigación en un área de la ignorancia científica básica que se encuentra en el corazón de un problema social ''. 3 Algunas personas ven el apoyo federal en I + D para el objetivo nacional de desarrollo sostenible como poco, de la capacidad. 4 Por otra parte, la inversión privada en I + D se ha convertido en dominante (alrededor del 65%), y su interés parece hasta cierto estar cambiando cada vez más a '' el trabajo realizado para lograr beneficios prácticos sin tener en cuenta el avance de las fronteras del conocimiento '' (National Research Council, 1999; Rosenbloom y Spencer, 1996) . Esta percepción ha conducido a una unidad para la formación de asociaciones entre gobierno e industria (Weisner, 2003 ) .
Este modo de asociación de la I + D en la investigación uso de inspiración, con respecto a la Química Verde, es particularmente fuerte en el desarrollo de bioproductos (Paster et al.,
2 CHEMRAWN-Química Aplicada a la
Investigación mundo necesita, se formó un programa de la Unión Internacional de
Química Pura y Aplicada en 1975. El Grupo de Trabajo sobre la IUPAC '' vías de síntesis y Procesos en la Química Verde '' fue fundada en 1997 con los primeros resultados presentados en 1999. 3 Gerald
Holton, citado por Donald Stokes en '' Completar el Modelo Bush: Cuadrante de Pasteur '', p. 9 en '' La ciencia del
Endless Frontier 1945-1995: Aprendiendo del pasado, Diseño para el Futuro '', conferencia de 9 de diciembre de 1994, el Centro para la Ciencia, Política y Resultados, Universidad de Columbia, Nueva York. h ttp://www.cspo.org/products/conferences/ . 4 Thomas
Kalil, una visión más amplia para la Investigación del Gobierno, Temas de Ciencia y Tecnología, la primavera de 2003,
la Academia Nacional de Ciencias. Kalil fue director adjunto del Consejo Económico Nacional de la Casa Blanca durante la administración Clinton y ahora es el asistente especial del rector para la ciencia y la tecnología en la Universidad de California en Berkeley.
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2003) . La gran escala de esta colaboración pretende '' transformación del mercado '' de una economía químico a base de hidratos de carbono a base petroquímica. Productos químicos derivados de la biomasa son todavía generalmente más caro de producir que l os productos petroquímicos. Sin embargo, hay avances que ilustran la Química Verde Principio # 7 [Materias primas renovables]. Por la década de 1980, se estimó que los países industrializados modernos dedicados al 1-2% del PIB a la prevención y reducción de la contaminación (Kates, 1986) . A mediados de la década de 1990, todos los g astos de reducción y control de la contaminación del sector privado, a través de países de la OCDE, por lo general ascienden a entre el 0,5% y el 0,9% del PIB
(OCDE, 1998) , Alred edor de 1,5% del PIB en los EE.UU. (OCDE, 1996; Arnold, 1999) . Sin embargo, ya en la década de 1970, se estimó que el coste social de hacer frente a l os riesgos tecnológicos en los EE.UU. fue de 7-12% del PIB con aproximadamente la mitad dedicada a la gestión de peligros y el resto se incurra como daños a personas, materiales , y el medio ambiente (Kates, 1986; Tu ller, 1984) . No es inusual que las compañías químicas a estar g astando tanto en la reducción y el con trol como en I + D. Por lo tanto, la industria química tiene un interés económico sustancial en la Química Verde para mejorar los costes de aguas abajo.
'' Los cambios cualitativos en la coyuntura de los actores clave en el ámbito de la organización, creencias institucionales dominantes, y prácticas de organización '' en la historia del ambientalismo corporativo en la industria química se pueden ver como cuatro períodos: Ecologismo Industrial (1960-1970), Reguladora ambientalismo (1970-1982), el ecologismo como Responsabilidad Social (1982-1988), y el ecologismo estratégica (1988-1993) (Lounsbury, 1999; Hoffman, 1997) . Queda por ver si la Química Verde es considerado como un indica dor de la quinta fase, aún no se ha identifica do. La aparición de EIA se solapa con las últimas fases de la institucionalización de las preocupaciones ambientales dentro de la industria química
(McDonald y Brown, 1995) . En gran medida, la Química Verde aborda el largo plazo, el objetivo social de la EIA de manera anticipada, tanto en la síntesis y aplicaciones, así como las investigaciones de los fenómenos fundamentales. La evolución de las preocupaciones de la sociedad con respecto a la toxicidad y los efectos ambientales están integrados en un conjunto de principios de la Química Verde de guía para la práctica de la farmacia. Los químicos deben afrontar el reto. Se ha planteado como un reto científico en proceso químico de investigación en materias primas alternativas, disolventes alternativos, y rutas sintéticas alternativas.
3. El poder de transformación de la química verde El nuevo estilo de pensamiento que pretende dar cabida a los intereses de las partes interesadas ambientales en el modelo de 'hacer ciencia' se articula en '' Los 12 principios de la química verde ''. La difusión de los 12 principios en práctica se ve en un creciente número de casos Los estudios a nivel internacional. En primer lugar, nos dirigimos a una consideración del papel de los químicos que practican la Química Verde.
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En contraste con muchas iniciativas anteriores, que eran de confrontación entre el gobierno, la industria, las ONG y las compañía s de seguros, la Química Verde es visto por a lgunos como una cooperativa (Woodhouse y Breyman, 2000) empresa. La EPA y la American Chemical Society comenzaron el reconocimiento de la industria y logros académicos a través de la Presidential Green Chemistry Challenge en 1996. Hay aproximadamente tres millones de los químicos en el mundo, produciendo alrededor 570.000 y 700.000 documentos, aproximadamente tres cuartas partes de las cuales informan sobre algunas
900.000 a 1,3 millones de nuevas s ustancias químicas (excluyendo biosecuencias), cada año (Schummer, 1997) . 5 A partir de 1990 había alrededor de 70.000 sustancias químicas de uso comercial con estimaciones de los 200-300 500-1000 para que se añade cada año. Una observación muy sorprendente es la formación doctoral de químicos normalmente no requiere un solo curso sobre toxicología, ni requisitos de distribución en ciencias ambientales. 6 Un químico puede producir varios miles de sustancias nuevas en su carr era, y tienen poco conocimiento acerca de su potencial de riesgo o posible interacción con otros materiales en el medio ambiente. La introducción de la competencia y el conocimiento toxicológico ecosistema con respecto a los ciclos de vida química es un componente clave de la educación 'reverdecimiento' en química.
Una gran parte de las publicaciones en la química representan resultados intermedios que sirven a los intereses de los químicos sí mismos en la promoción de su oficio. Como los números anteriores indican, la mayoría de las nuevas sustancias no se comercializan. Tampoco son aplicaciones el interés principal de la mayoría de los trabajos de los químicos sintéticos. Mientras química de I + D de cuentas para uno de cada ocho patentes de EE.UU. (Lenz y Lafrance, 1996) , La relación de las patentes a nuevas publicaciones l igeramente ha ido aumentando a aproximadamente 20-25%, mientras que la relación de las patentes a las nuevas sustancias ha sido constante en aproximadamente 16% durante tres décadas. Aunque hay un creciente énfasis retórico en la investigación aplicada, sólo una cuarta parte de estas publicaciones tienen que ver con las aplicaciones eventuales (Schummer, 1997) . La mitad de las publicaciones en la química se refiere a la mejora sintéticos capacidades, es decir síntesis es tanto el medio y los extr emos, y el propósito de pr oducir más nuevas sustancias es hacia capacidad de síntesis, las aplicaciones no de uso final, como un propósito final. Durante la última década, el número de publicaciones científicas invocar explícitamente el término '' química verde '' han crecido exponencialmente a unos pocos miles y aumentando a un ritmo de varios centenares por año. 7 En gran medida, la aparición de la literatura impulsado por los 12 principios es la creación de la base y herramientas de conocimiento para transformar el arte de la química.
5 Joachim
Schummer, Ética de la síntesis química, Journal hylé-Internacional de Filosofía de Química, Vol. 7, No. 2, 2001, pp.
103-124. Citando J. Schummer, los estudios cienciométricos en Química I: El cr ecimiento exponencial de sustancias químicas, 1800-1995, Scientometrics, 39, 1997, 107-123; Estudios cientométricos en Química II: Objetivos y métodos de producción de nuevas sustancias químicas, Scientometrics, 39, 1997, 125-140; y CAS Resumen estadístico, Columbus / Ohio, 2001.
6 Se
cree por los autores que el Programa de Doctorado en Química Verde de la Universidad de Massachusetts es el primer
programa de doctorado en química para requerir competencia en toxicología. 7 Sobre la base de los datos bibliométricos que busca en la frase '' química verde '' en SciFinder Scholar.
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'' Los 12 principios de la química verde '', han sido abrazado por las sociedades profesionales de la química y se vuelan como un banner en sitios web en todo el mundo. Algunos sociólogos de la ciencia y la comunicación consideran que la adopción de este tipo de mensajes ambiental es como una cuestión d e identidad corporativa (Coupland, 2003) , Sin embargo, que indica un entorno p ropicio para la nave. abanderados de '' Los Principios '' conducen el movimiento en las primeras líneas de investigación, la educación, en los programas de incentivos y de investigación de la EPA, NSF, DOE, y el USDA, y lo más importante en las operaciones diarias de los laboratorios de la empresa. Está en juego una batalla por los corazones y las mentes de un número relativamente pequeño de individuos que tal vez ejercen más poder con respecto al futuro de los materiales que cualquier gobierno, corporación, o mercado puede reunir. La fuente de su poder está en el proceso de pensamiento diaria que decide cómo se va a proceder a su llegada al trabajo en la mañana y en su reflexión sobre el mundo que van a dejar a sus descendientes cuando van a casa por la noche. ''. . .chemists e ingenieros químicos deben aceptar los retos importantes que son los únicos que pueden cumplir ''
(Comité sobre los retos para las Ciencias Químicas en el siglo 21, 2003) . Cuando pensamos en el poder, uno se inclina a invocar una metáfora militar. La analogía de la Química Verde como campaña captura el vigor de la búsqueda, la magnitud de las apuestas, el carácter crítico de la transformación, y el fervor de la dialéctica entre los polos abiertos en las ideologías. Sin embargo, la mayor penetración de una analogía o metáfora se encuentra a menudo en donde su uso se rompe. Los 12 principios de la química verde puede ser visto como una constitución que debe ser comprendido de buen grado por el químico practicar. Los que agarrarse a él querrá soportarlo como su estándar. La batalla tiene ningún enemigo en la lista de entidades de toma de decisiones que figuran en el párrafo-sus primeros intereses dispares se puede ver como igualmente legítima y urgente ( Mitchel et al., 1997) , Que son todas las partes interesadas (Post et al., 2002) . La batalla aún tiene relativamente pocas armas. herramientas potenciales serán principalmente forjadas por el recientemente convertido de una manera específica a su propio campo en el que a menu do son la autoridad del sujeto principal. ¿Cuál es la naturaleza del poder del químico practicar?
Desde la perspectiva de la Teoría de la Agencia, un químico normalmente no tiene autoridad institucional, ni está directamente controlada por la inversión de capital, ni son generalmente en una posición para premiar o castigar las superestructuras que abarca sus laboratorios (Jensen y Meckling, 1976) . Desde la perspectiva de la teoría de la dependencia de recursos, los químicos no cont rolan de manera explícita los recursos de los que el régimen de producción en el que están inmersos depende ( Pfeffer y Salancik, 1978) . De vez en cuando, los resultados de un químico puede conducir a una conversión de la dependencia de recursos. La perspectiva de un cambio a gran escala a partir de la dependencia de la industria química en productos petroquímicos a las energías renovables es un principio clave de la Química Verde. Sin embargo, debido a la intensidad de capital de la industria, y para la naturaleza intermitente de tales avances sustanciales, los cambios al por mayor en dependencia de los recursos son esporádicos y poco frecuentes. ''En
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alta tecnología, así como en las industrias de baja tecnología, una Providencia desagradable parece haber ordenado que el éxito comercial es probable que fav orezca en particular los poseedores de un a variada gama de habilidades sucios '' (Landau y Rosenberg, 1991) . Los químicos generan opciones p ara estos pequeños avances incrementales. La autoridad de un químico sobre los avances incrementales se deriva de su dominio sobre su propia práctica profesional, la realización de trabajos en sus laboratorios, y el ingenio de su innovación. La autorización de comercialización de los resultados de un químico, lo que implica EIA, es mucho más abajo de su trabajo. De hecho los intereses de EIA se abordan de manera más inmediata por los ingenieros y químicos especialistas -que proceso tienen un movimiento paralelo en '' Ingeniería Verde '' (Allen y Shonnard, 2001) .
En este sentido, el poder de un químico verde podría ser visto, desde la perspectiva de la teoría de los costos de transacción 8 (W illiamson, 1975a, b; Jo nes y Hill, 1988) , Como derivado de un efecto combinado de cuatro factores. Una de ellas es la autonomía aguas arriba de un químico en la práctica diaria en un elevado número de transacciones de bajo costo, que constituyen la gran mayoría de los tipos de pequeñas innovaciones incrementales que parecen tener mayor importancia en la industria. El segundo es el alto nivel de apalancamiento de los resultados del trabajo de un químico tienen aguas abajo en la ampliación, en el uso de recursos, y en los efectos ambientales. Es un dicho de desarrollo de productos que el coste de un cambio de producto o proceso aumenta un orden de magnitud de cada etapa a lo largo de la cadena de valor de R & D, a la ampliación y la liberación del producto al mercado. En tercer lugar, la Química Verde actúa para mejorar la exposición de las empresas a arriesgar, litigios, las reacciones sociales o negativas de los consumidores, y la intervención del gobierno. Estos eventos, mientras que poco frecuentes, tienen costos, incluso extremadamente altos de transacción si tiene éxito para la corporación. En cuarto lugar, un número creciente de empresas están descubriendo que, en gran medida, la promulgación de los Principios de la Química Verde refuerza su negocio y mejora los beneficios. Esta dinámica refleja la dinámica contrario a la intuición que se observó en el Movimiento de la Calidad Total (TQM). Antes de la demostración del éxito de la ACT en muchas industrias, se presume que la mejora de la calidad del vino a un alto costo. Pero lo que se encontró en muchas industrias es que la mejora de la calidad tiende a reducir los costes y la reducción del tiempo de ciclo tiende a mejorar la calidad. Esta dinámica refleja la dinámica contrario a la intuición que se observó en el Movimiento de la Calidad Total (TQM). Antes de la demostración del éxito de la ACT en muchas industrias, se presume que la mejora de la calidad del vino a un alto costo. Pero lo que se encontró en muchas industrias es que la mejora de la calidad tiende a reducir los costes y la reducción del tiempo de ciclo tiende a mejorar la calidad. Esta dinámica refleja la dinámica contrario a la intuición que se observó en el Movimiento de la Calidad Total (TQM). Antes de la demostración del éxito de la ACT en muchas industrias, se presume que la mejora de la calidad del vino a un alto costo. Pero lo que se encontró en muchas industrias es que la mejora de la calidad tiende a reducir los costes y la reducción del tiempo de ciclo tiende a mejorar la calidad.
La perspectiva de la Química Verde como un nuevo medio de la mejora del negocio se ilustra con el crecimiento en el grupo de solicitantes para el P residential Green Chemistry Challenge, que requiere que la aplicación del medio ambiente mejor la química se lleva a cabo de una manera tal que hace buen sentido económico. Desde una visión general, las limitaciones aparentes impuestas por la Química Verde se proyectan por los adherentes. Que es probable que ayudar a forzar el lanzamiento de una nueva ola de innovación en la industria. Consideremos ahora el efecto de transformación de un ganador del Desafío Verde Química del Presidente.
8 La
potencia se concede a aquellos actores, los cuales, incluso en pequeñas cantidades, pueden afectar significativamente los costos de transacción
de la coordinación y la estructura de la realización de la misión de una organización.
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4. Un caso ilustrativo en Química Verde División Laboratorio Nacional de Argonne Energy Systems (ANL) ganó el Desafío Verde Química del presidente de 1998 en la categoría de disolventes alternativos / Reacción.
9
sustitución potencial de disolventes a
base de Bio verde / está previsto para un máximo de 80% de los 30 mil millones de libras de disolventes perjudiciales para el ambiente empleados en el mundo. Es interesante observar que este esfuerzo no ganó para la creación de un nuevo solvente. Su producto es lactato de etilo,
10
conocido por años como un disolvente
alternativo técnicamente eficaz y aprobado por la FDA para su uso en los alimentos. Hasta esta innovación, etil lactato ha sido demasiado costoso emplear como un disolvente alternativo. avance de ANL transformó la economía de la producción de lactato de etilo que le permite competir con disolventes existentes. avance principal del equipo ANL estaba desarrollando un proceso de fabricación de reducción de costos
11
basado en la nueva
tecnología de membrana que permitió a las técnicas de separación y purificación más rentables. ANL lo hizo de una manera que es más benigno para el medio ambiente y este caso se juzga para ilustrar la mayor parte de los 12 principios de la Química Verde.
y El proceso elimina los residuos de sal (yeso)
y subproductos indeseables
lograr Principio 1 evitar el desperdicio. y La innovación de procesos demuestra Principio 2 átomos de Economía en ese
subproductos indeseables se evitan, mucho más de los materiales de entrada se incorporan en el producto final, y y proceso sintético de ANL minimiza el uso de etanol y la necesidad de destilar y mantiene el alcohol en el sistema de reacción para reducir el riesgo de incendio o Principio 3 Síntesis menos peligrosos explosión cumplimiento. y Lactato de etilo no es tóxico y por lo
tanto un buen ejemplo de Principio 4 Safer
productos químicos,
y Su innovación proporciona una opción para que los
usuarios tratan Principio 5
Disolventes alternativos. y El uso de la
catálisis y las separaciones de membrana tecnología permite la
reacción de consumir 90% menos energía que los procesos tradicionales que cumplan Eficiencia Principio 6 Energía. y Este proceso para Etil lactato es de hidratos de carbono en lugar de petrochemical-
basado, el uso de maíz, por ejemplo. Por lo tanto, demuestra Principio 7 Las materias primas renovables. y El proceso ilustra el principio 9 en su uso de la catálisis para el craqueo de la hidratos de carbono. 9 Los
desarrolladores de procesos también ganó el premio a la Innovación Técnica Descubre por Discover Magazine, y Rathin
Datta, el ingeniero químico principal del proyecto fue honrado previamente con el Premio Ernest W. Thiele de la región central AIChE por su investigación pionera en la ingeniería metabólica de microorganismos anaerobios. 10 También conocido como el lactato de Ester,
11 Argonne
láctico Éster etílico del ácido, y acetato de 2-hidroxipropionato.
Nacional Laboratory Press Release, '' proceso de ganador de un premio hace pequeño precio ambientalmente amigables
disolventes '', 25 marzo de 1999.
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y Etil lactato es biodegradable. Se hidroliza en alcohol etílico y
láctico
constituyentes ácido-comunes de alimentos. Así, el producto final se basa en el Principio 10 Diseño para la degradación. y La
manipulación del producto final es menos peligroso que la mayoría de otros disolventes.
Por lo tanto, ilustra el principio 12 de prevención de accidentes. Este caso también es indicativo del éxito en la asociación entre gobierno e industria, ganando un premio a la excelencia en la Transferencia de Tecnología del Consorcio de Laboratorios Federales para la Transferencia de Tecnología. NTEC VERSOL (renombrado Vertec Biosolvents) la licencia de la patente de procedimiento de lactato de etilo ANL en 1999, obtuvo el capital de riesgo, y firmó acuerdos con Archer-Daniels-Midland para desarrollar y comercializar conjuntamente VERSOL lactato de etilo. Diversificaron la línea de productos para aplicaciones específicas combinándolo con otros disolventes derivados de la soja, cítricos, y pino.
12
Vertec
entabla un consorcio con ANL, UCLA, la Comisión de Energía de California y otras empresas para desarrollar la paja de arroz de residuos como otra materia prima renovable. ANL también ha creado un Consorcio Medio Oeste de los productos de base biológica y la bioenergía con las universidades circundantes, laboratorios del Departamento de Energía y el Departamento de Agricultura.
5. Los principios de la química verde Los Principios de la Química Verde se han destilado a partir de un conjunto diverso de prácticas y de investigación emergente. Se pueden ver como imperativos o directivas que abordan materiales alternativos de partida y de destino, reagants alternativas y disolventes, catalizadores y procesos mejorados y control de procesos.
En los siguientes escritos de cada principio un estudio caso representativo se resume que ilustra un principio individuo particularmente bien. Se reconoce que cada caso se adhiere normalmente a más de un principio. implicaciones más amplias en relación con cada principio se resaltan.
5.1. evitar el desperdicio
Es mejor prevenir que los residuos a tratar o limpiar los desechos después de su formación.
El viejo dicho: '' Una onza de prevención vale una libra de curación '' se aplica aquí. Química Verde es la prevención de la contaminación en el nivel molecular. Considerar-
12 científicos
Vertec luego descubrieron que la mezcla de lactato de etilo con un éster de metilo de soja comúnmente disponibles,
soyato de metilo, mejoró las propiedades de ambos y la patentó como Vertec oro y de la tinta Zapper en 2000. En 2002, se combinaron con de-limoneno (VertecBio Citrus) VertecBio lanzamiento de oro. En 2003 se combinan con aceite de pino lanzamiento VertecBio Elpine. Estos productos se enfrentan a la creciente competencia de Purac (Holanda) al entrar en el mercado estadounidense con productos ya establecidos en el contexto europeo-Purasal Purasolv EL Purasolv y EDH.
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menos de la escala, utilizando materiales y procesos benignos y seguros siempre va a ser beneficioso. A nivel de la investigación de laboratorio, los costes de eliminación de materiales peligrosos gastado por lo general supera el precio por volumen de las materias primas como entrada. En la escala de fabricación, los costos se mantengan dentro de los niveles de emisión legales y los costos asociados para controlar y documentar estos niveles se vuelven bastante alto. En todas las escalas, la posible responsabilidad de percance se cierne siempre presente.
Pfizer ganó el Premio ruta sintética alternativa 2002 del Desafío Presidencial Química Verde para su re-diseño del proceso de fabricación de sertralina, el ingrediente activo en Zoloft 1, a ntidepresivo más recetado del mundo. Por la reevaluación de su proceso de fabricación, que fueron capaces de diseñar sus reacciones a ser más eficiente mediante la eliminación de muchos materiales que no fueron incorporadas en el producto final. El cambio resultó en la eliminación de aproximadamente 700 toneladas métricas de residuos al año. La realización del Principio 1 hace '' tecnologías de producción ambientalmente sensibles mejores inversiones que las tecnologías de tratamiento de residuos '' (Geiser, 2001) . Los residuos a la proporción de producto es más alta de productos químicos y farmacéuticos finas porciones de la industria química (Sheldon, 1994) . Por lo t anto el caso llama la atención sobre la oportunidad significativa para la prevención de los residuos como un medio de aumentar el margen de beneficio en estas áreas de crecimiento del sector químico.
Evolución de las iniciativas institucionales relacionados a fomentar un marco de apoyo para la Química Verde. Principio 1 también puede verse como una extensión del '' eliminación de muda '' en el corazón del movimiento de gestión de la calidad total de la década de 1980. Los GCT, y los movimientos de salud y seguridad ambientales estaban bien formalizados en la norma ISO 9001 13 ( l anzado en 1987), ISO14001 (Block, 1997) (Lanzado en 1995-1996) y OHSAS 18001 (basado en el estándar b ritánico puso en m archa en 1996 lanzó 1999-2000), respectivamente. En la industria química, éstos se incorporan ahora en la norma ISO 14001-RC, en el marco del programa de Cuidado Responsable. (Lanzado en 1985 en Canadá, 1988 en los EE.UU. y el avance de 6 países en 1992 a 47 países en la actualidad). Muchos adoptantes reportan ahorros principalmente en la minimización de residuos y emisiones (Scott, 1999) . Química Verde es una iniciativa de los químicos individuales y sus asociaciones, mientras que Responsible Care es la industria condujo. Rohm and Haas, otro ganador del Desafío, habla de la necesidad de programas y políticas que promueven la Química Verde en el marco de Cuidado Responsable especialmente cuando se enfrentan con el desafió de la inmediatez de los resultados (Reinert, 2001) .
Principio 1 también refleja un tema clave de la iniciativa de producción internacional, el PNUMA Cleaner, lanzado formalmente en 1989. Si bien la declaración de principio
13 American
Society for Quality, ISO 9001: 2000 Directrices para las industrias químicas y de procesos, ASQ, Donald Singer,
Un manual de laboratorio de calidad de las mejores prácticas y reglamentos pertinentes, ASQ, 2001. ASQ División Química y de Industrias de Procesos, Comité interés químico, control de calidad para la química y de procesos Industrias, un manual de buenas Prcatices, 2ª edición, ASQ, 1999.
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1 para la Química Verde puede parecer amplia en su idioma, la producción limpia tiene una intención y el impacto mucho más amplio, no sólo como promotor de la tecnología, sino como un catalizador y paradigma de gestión reformador ''. 14 Un promulgación químicos del Principio 1 se puede ver en una serie continua de 'eliminación de residuos, control de la contaminación, reciclaje, minimización de residuos, prevención de la contaminación, producción más limpia, Ecología Industrial, Desarrollo Sostenible' medidas '' (Hammer, 1996) . '' Química verde '' fue acuñado hace poco más de una década en el contexto de la prevención de la contaminación. El movimiento de Producción Limpia se basa en las convenciones internacionales y las esferas de la política nacional. Incluso Producción Limpia es vista por algunos como siendo subsumido en el desarrollo sostenible que es más amplio en su preocupación por los sistemas, la equidad social y el consumo. 15 Química Verde es un fundamento esencial de estas iniciativas más amplias, pero su atención se centra en la creación de opciones de tecnología y una nueva visión científica.
5.2. economía del átomo
Los métodos sintéticos deben ser diseñados para maximizar la incorporación de todos los materiales utilizados en el proceso en el producto final. Este es una repetición de la economía del átomo tal como se define por Barry Trost (1991) . Nosotr os
se han basado en el aprendizaje de casi 100 años de la química orgánica sintética para construir nuestra '' caja de herramientas '' de transformaciones sintéticas. Estas reacciones se han diseñado en el marco de '' hacer el producto a cualquier costo ''. A menudo se ve '' modificaciones '' de las reacciones se informó anteriormente que reportan un mayor rendimiento. En un nivel, esto se ve muy prometedor. Pero cuando uno mira de cerca a la química subyacente y acumula la entrada de materiales de la transformación, se ve un aumento real de átomos que no son incorporados en el producto final. Hay que hacer un análisis preciso de la eficiencia. Si una reacción existente proporciona un rendimiento del 75% con un modesto subproductos, y una síntesis alternativa logra un rendimiento significativamente más alto, pero también reduce la economía del átomo por una cantidad más grande,
En 1997, la CSF ganó un premio de Química Verde desafío para el desarrollo de una forma de hacer ibuprofeno de una manera mucho más eficiente y más respetuoso con el medio ambiente. El nuevo proceso utiliza menos materiales, tiene una economía átomo de mucho mayor (99% con la recuperación de un ácido acético subproducto) y crea casi sin residuos (los residuos que se hace se recicla en el proceso). El ibuprofeno fabricado mediante el proceso de la CSF se comercializa bajo los nombres de marca tales como Advil 2 y Motrin 2.
14 Comentarios
de Ken Geiser en la Cumbre Primera Internacional prevención de la contaminación.
15 Comentarios
de Ken Geiser citados en Canadá organizó el primer Encuentro Internacional prevención de la contaminación, en la Industria y el
Medio Ambiente, Volumen 24, Nos. 1-2, enero-junio de 2001, Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, p. 25.
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La mayoría de los libros de texto de química orgánica no abordan Atom Economía como un componente necesario para la comprensión de las reacciones. Reformar el plan de estudios está siendo encabezado por primera vez por la introducción de nuevas experiencias de laboratorio que lo hacen, como distribuidos por la Sociedad Americana de Química.
Logro de 100% Atom economía en general implica un mayor rendimiento que es un conductor de la rentabilidad. Tenga en cuenta que ninguno de los dos primeros principios implica que el método sintético transformado no es peligroso.
5.3. síntesis menos peligrosos Siempre que sea posible, metodologías sintéticas deben ser diseñados para utilizar y generar sustancias que poseen poca o ninguna toxicidad para la salud humana y el medio ambiente.
Cuando uno mira exclusivamente en el producto de una transformación química, lo que a menudo se ve es el proverbial '' punta del iceberg ''. En una secuencia de reacción de múltiples etapas, o incluso a veces un solo proceso de paso '', oculto '' en su historia sintética menudo acechar reactivos muy tóxicos y peligrosos. procedimientos de fabricación e ingeniería aseguran que la contaminación de estos procesos no aparecen en el producto final. Pero el proceso en sí todavía presenta una serie de peligros. El rediseño de las transformaciones existentes para incorporar materiales menos peligrosos está en el corazón de la Química Verde.
Lilly Research Laboratories obtuvo un premio de Química Verde Challenge en 1999 para el rediseño de la síntesis de un candidato a fármaco anticonvulsivo, LY300164. Este agente farmacéutico está siendo desarrollado para el tratamiento de la epilepsia y trastornos neurodegenerativos. El primer paso en la nueva síntesis utiliza la levadura Zygosaccharomyces rouxii en un novedoso sistema de reacción de tres fases, lo que permite la eliminación de los componentes de reacción orgánicos de la corriente residual acuosa. Un segundo paso clave en la síntesis era una oxidación selectiva con aire comprimido, que eliminó el uso de óxido de cromo, un posible carcinógeno, y la prevención de la generación de residuos de cromo. mejoras ambientales significativos se realizaron sobre la aplicación de esta estrategia de síntesis menos peligrosos. Aproximadamente 34.000 l de disolvente y de 300 kg de residuos de cromo fueron eliminados por cada 100 kg de LY300164 producidos. Sólo tres de los seis intermedios generados eran aislados, lo que limita la exposición del trabajador y la disminución de los costes de procesamiento. El esquema sintético resultó ser más eficiente, así, con el por ciento de escalada rendimiento del 16% al 55%.
En contraste con el Principio 3, que se refiere a métodos de síntesis, el Principio 4 se centra en productos. 5.4. productos químicos más seguros
productos químicos deben estar diseñados para preservar la eficacia de la función al tiempo que reduce la toxicidad.
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En la industria farmacéutica, esto se conoce como la relación eficacia / toxicidad. Obviamente, es importante para lograr un rendimiento determinado producto químico en nuestro producto final. A menudo es la reactividad secundario no deseado de que vuelve a perseguirnos como los colorantes cancerígenos rojos, plastificantes de alteración endocrina, y refrigerantes que agotan el ozono. La comunidad química se ha vuelto bastante sofisticada en la identificación de mecanismos de acción específicos para una variedad de puntos finales negativos. Necesitamos entrenar los químicos sintéticos para apreciar mejor estos mecanismos.
La Fundación Mundial para la Naturaleza (WWF) tiene actualmente una campaña para eliminar el uso de agentes antiincrustantes en los buques. Los barcos grandes tradicionalmente han productos químicos utilizados llamado compuestos orgánicos de estaño para evitar la acumulación de percebes y plantas marinas que aumentan la resistencia. Ellos escriben '', compuestos orgánicos de estaño-tales como OTC-están considerados entre los químicos más tóxicos que se han publicado en el medio marino. Incluso cuando está presente en el medio marino en concentraciones muy bajas, que se han demostrado para producir impactos negativos demostrables sobre la vida marina. '' dieciséis Rohm and Haas ha desarrollado una alternativa no tóxica, en sustitución de los compuestos orgánicos de estaño con un producto llamado Sea-Nine 2, g anador del premio de Química Verde Challenge en 1996. Este producto se degrada rápidamente en el medio ambiente y no es bioacumulable. Además, no tiene toxicidad crónica para la vida marina circundante.
Durante las últimas décadas, el control de la industria química ha evolucionado a partir de la regulación y litigio a un conjunto diverso de instrumentos 17 incluyendo la divulgación de información e incentivos (Anderson, 2001) . Sin embargo, sólo aún hoy en día el 55% de los productos quím icos en la lista de Inventario de Emisiones Tóxicas tiene datos de prueba completa. De los 3000 productos químicos de alto volumen de producción (más de 1 m illón de libras / año) 43% no tiene datos de las pruebas sobre la toxicidad básica y sólo el 7% tiene un conjunto completo de datos de prueba básicos.
18
Para 38.000, de los más de 45.000 productos químicos enumerados por la EPA, menos de 1000 se han probado para efectos agudos y sólo alrededor de 500 se han probado para cancerígeno, reproductivo, o efectos mutagénicos. 19 ¿Cuánto le costaría a llenar todos los vacíos de datos básicos de selección de los productos químicos de alto volumen? Que costaría sólo US $ 427 millones, sólo un 0,2% de los ingresos por ventas de las 100 principales empresas químicas.
dieciséis Fundación Mundial para la Naturaleza
17 Una
http://www.panda.org .
delimitación de tales instrumentos en el contexto europeo, que muchos creen que es más robusto que el de los
EE.UU., se encuentra en: Agencia Europea del Medio Ambiente, los acuerdos ambientales, eficacia ambiental, Cuestiones ambientales Serie No. 3, Vol 1, AEMA, Copenhague, 1997, Fig. 1, p. 18. 18 EPA, riesgos químicos datos estudio de disponibilidad: ¿Qué es lo que realmente sabemos acerca de la seguridad de alta producción
químicos de gran volumen ?, Base de avisos de peligro de la EPA que está fácilmente disponible al público, EPA Oficina de Prevención de la Contaminación y Tóxicos, Washington, DC, abril de 1998 . 19 Elfren
Sicango Cruz, dejar a nuestros hijos un planeta vivo, Mundial de Negocios, en el entorno en las noticias, el PNUMA, 11 de
noviembre, 2003.
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Siendo el objetivo de la Química Verde es eliminar el uso de tales sustancias peligrosas tales como ANL hizo con lactato de etilo, una opción para la promulgación de Principio 5.
5.5. disolventes más seguros y auxiliares
El uso de sustancias auxiliares (por ejemplo, disolventes, agentes de separación, etc.) se debe hacer innecesario siempre que sea posible y, inocuo cuando se utiliza.
A menudo uno tiene una forma de '' visión de túnel químico '' en el diseño de transformaciones sintéticas. Seguimos el flujo de electrones de diversos reactivos, anticipando mecánicamente, la serie de bonos de conformación y de bonos reacciones de rotura que se producirán en el proceso de síntesis. Pero lo que se ve a menudo como una ocurrencia tardía intrascendente es la reacción y de los medios de purificación que se utilizará. química elegante que requiere alta dilución en disolventes clorados puede ser bastante problemático. Las separaciones cromatográficas utilizando enormes cantidades de disolvente de elución pueden ser el único impacto ambiental más grande de una transformación. En 1996, Dow Chemical ganó un premio de Química Verde desafío para el desarrollo de un método alternativo para la fabricación de espuma de poliestireno que no utiliza CFC (agotador de ozono). Los agentes de soplado tradicionales que se utilizan para la fabricación de poliestireno (Styrofoam) se han asociado con el agotamiento del ozono, el calentamiento global, y el smog. El nuevo método utiliza dióxido de carbono (CO
2) y
es
completamente no tóxico. El CO 2 utilizado es el subproducto de fuentes comerciales y naturales existentes, por lo que no contribuye a un aumento neto de CO 2 en la atmósfera. Las aplicaciones actuales incluyen termoformadas carne, aves de corral y producen bandejas, envases de comida rápida, cartones de huevos, y serviceware.
Alrededor de 3,8 millones de toneladas de disolventes se utilizan en los EE.UU. cada año. Disolventes (típicamente a base de petróleo) se emplean como agentes de limpieza para la electrónica, impresión y textiles y están incluidos en productos tales como adhesivos, pinturas y recubrimientos. Muchos disolventes se han implicado en el daño ambiental, como los clorofluorocarbonos que agotan el ozono y tricloroetano, produciendo Compuestos orgánicos volátiles, el smog y el tricloroetileno contaminantes de las aguas subterráneas. Algunos disolventes están implicados en los efectos en la salud humana y están en la lista de materiales tóxicos de la EPA, tales como éteres de etilenglicol, cloroformo, benceno, xileno, tetracloruro de carbono, y tolueno. Otros están implicados en la carcinogénesis a largo plazo, tal como cloruro de metileno. Y muchos son inflamables y / o corrosivo y por lo tanto de la preocupación a la OSHA.
Como se señaló anteriormente, la innovación de procesos de ANL para reducir el costo de acetato de lactato podría ayudar a suplantar 25-80% de uso de disolvente actual. Esta gran oportunidad de mercado está atrayendo a nuevos participantes. La innovación de Cargill Dow de ácido poliláctico, tomado aquí para ilustrar el principio 7 en la producción de plásticos de base biológica, también está lista con una vía de síntesis alternativa a partir de ácido láctico a lactato de etilo. Purac, de los Países Bajos, el mayor productor del mundo de ácido láctico, está forjando entrada en el mercado de Estados Unidos y la participación en consorcios de Estados Unidos.
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Recordemos que la innovación de procesos de ANL en disolventes hacer lactato de etilo una alternativa económicamente viable en gran parte debido a que guarda energía.
5.6. Eficiencia energética
Los requerimientos de energía deben ser reconocidos por sus impactos ambientales y económicos y deben reducirse al mínimo. Los métodos sintéticos deben llevarse a cabo a temperatura y presión ambiente. reactividad química es, obviamente, regido por las leyes de la termodinámica y cinética. Cada transformación requiere una entrada de energía para superar la energía de activación del estado de transición. Altamente reacciones exotérmicas deben enfriarse a fin de ser controlado. Estas entradas de energía pueden llegar a representar un componente sustancial de la '' huella 'ambiental global' de una transformación. Nuevas transformaciones deben ser diseñados para trabajar dentro de los límites de energía más fácilmente accesible.
Reducción de la contaminación se ha logrado mediante el uso de tecnologías catalíticas en la generación de combustibles limpios y productos químicos. Sin embargo, la preparación tradicional de los catalizadores utilizados generar grandes cantidades de aguas residuales, utilizar grandes cantidades de energía y muchas v eces generar emisiones de nitrato y sulfato, que contribuyen a la lluvia ácida. Sud-Chemie, ha desarrollado un método eficiente para la fabricación de catalizadores para ser utilizado en la generación de combustibles limpios y productos químicos que ha disminuido drásticamente la cantidad de agua y la energía utilizada. El nuevo proceso también reduce las emisiones de abajo a vapor de agua pura y simplemente una pequeña cantidad de CO 2. E sta tecnología ganó un premio de Química Verde Challenge en 2003.
La Industria Química de Estados Unidos consume aproximadamente siete mil billones de BTU de energía al año (Asociación de Fabricantes de Productos Químicos, 1998) , Aproximadamente 25% de todos
Manufacturera de Estados Unidos el uso de energía. Aproximadamente la mitad de la utilización de materiales de energía es como materia prima. La industria es el mayor consumidor de gas natural, el 10% del consumo nacional total, y alrededor del 7% para el petróleo. Estos gastos de energía representan aproximadamente el 9% del valor del producto químico (Energetics, 2000) . La crisis del petróleo de 1973 p uso en marcha un tratamien to intensivo de energía, programas de limpieza, las prácticas de operación, y la mejora de procesos y equipos de diseño en la industria. Estos bajo costo, las inversiones de alto rendimiento reduce la cantidad de energía utilizada por unidad de producción en un 39% (Asociación de Fabricantes de Productos Químicos, 1998) . Estos tipos de ganancias puesto en modo inactivo y con precios relativamente bajos de energía d esde finales de 1980 como un desincentivo para mejorar la inver sión, las mejoras en la eficiencia se han mantenido relativamente plana. A tan sólo 30 principales productos químicos sueltos casi mil billones de BTU cada año debido a las ineficiencias procesar. Un área de oportunidad para la eficiencia energética está en la mejora de procesos catalíticos 20 ( P rincipio # 9). Otra área de oportunidad es de más de minimización de residuos (Principio # 1). Acerca de US $ 2
20 Pacific
Northwest National Laboratory, Top 50 Productos químicos: I mpacto de las limitaciones del proceso catalítico sobre
Energía, Medio Ambiente y Economía, 1995.
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mil millones de energía utilizada como materia prima en esos 30 productos químicos importantes se convierte en residuos. Un enfoque en el Principio 1 también mejoraría el tratamiento de residuos al final de la tubería y eliminación que son de alto consumo energético.
Para alcanzar estos fines, un ejemplo de colaboración, de gastos compartidos, el gobierno de laboratorio de la industria de I + D y comercialización de asociación, se centró en la eficiencia energética en el sector químico, es el Departamento de Industrias de la iniciativa futura de productos químicos de energía y los productos forestales. Se da prioridad a las necesidades, como se expresa en las hojas de ruta de la industria, para más tecnologías de eficiencia energética en Ingeniería de la Reacción Química y nuevos procesos, como la oxidación catalítica, así como las nuevas tecnologías de las separaciones. 21 Otro esfuerzo que implica la colaboración de una agencia gubernamental y una asociación profesional proporciona herramientas de apoyo para la mejora de la eficiencia a través de la ingeniería química. 22
La industria química representa aproximadamente el 7% de la energía mundial, pero ha logrado mejoras en la eficiencia energética en los últimos 15 años que han estabilizado CO 2 a pesar de que las emisiones de la producción mundial se duplicó en este período (OCDE, 2001) . Sin
embargo, la tasa de producción en los países que emplean tecnologías menos eficientes aumentará en los próximos 20 años. Al tiempo que contribuyen a sólo 4% de las emisiones totales de CO 2 la industria química es un importante emisor industrial en comparación con otras industrias, y las emisiones puede volver a surgir como la industria crece en los países que son más dependientes de carbón. Una gran oportunidad en la Química Verde para obtener el carbono de la atmósfera es el foco de Principio 7.
5.7. materias primas renovables
Una materia prima de la materia prima debe ser renovable en vez de agotable siempre que sea técnica y económicamente viable. dependencia de la industria química de materias primas a base de petróleo debe ser tratado. La línea de tiempo para el agotamiento podría ser discutible; sin embargo, se deben identificar alternativas sostenibles a largo plazo. materias primas basados en la agricultura ofrecen promesa como las tecnologías de aislamiento y purificación mejoran.
Cargill Dow LLC fue fundada en 1997, que dice ser '' la primera compañía en ofrecer una familia de polímeros y productos intermedios totalmente derivadas de recursos renovables anualmente con el costo y el rendimiento necesarios para competir con materiales a base de petróleo. '' Se encargó una planta clave en 2001 que en 2002, ganó un premio de química verde para el desarrollo de materiales de ácido poli-láctico (PLA), a partir de biomasa, un recurso renovable. PLA está hecho de ácido láctico, que se genera a partir de biomasa a través de una fermentación natural
21 DOE
Programa de Tecnologías Industriales, Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable, Productos Químicos y
Productos Forestales industrias del futuro, el anuncio del programa, emitido 12/15/2003. 22 Departamento Norteamericano de Energía de las tecnologías industriales y el Instituto Americano de Ingenieros Químicos, las herramientas de la Industria Química de CD: Recursos para la eficiencia energética y reducción de costes, DOE / GO-102002-159.
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proceso. PLA se utiliza en la naturaleza trabaja 2 productos tales como ropa y materiales plásticos de embalaje. No sólo son los productos hechos a partir de recursos renovables, sino que también son capaces de ser completamente reciclados o compostados, incluso después de su uso.
Cargill Dow firmó un acuerdo de distribución con Ashland Chemical especiales en 2002. Cargill Dow compite con Purac de los Países Bajos en PLA y se enfrenta a la competencia a medida que avanzan en disolventes como el lactato así como con Vertec Biosolvents (ANL caso anterior). Cargill Dow es también un participante en una asociación para la Industria / Gobierno en la Oficina de Tecnologías Industriales, Industrias de los futuros programas con el Departamento de Energía. polímeros biodegradables a base de ácido láctico-permanecerán más caros que los polímeros de las materias primas en un futuro próximo. El aumento de la concentración de gobierno apalancado I + D, un mercado emergente, y la competencia emergente antes citada es probable que conduzca los precios a la baja.
Otro principio que tiende a reducir el coste de fabricación es la eliminación de productos intermedios innecesarios. 5.8. Reducir derivados derivatización innecesarias (grupo de bloqueo, la protección / desprotección, y l a modificación temporal de los procesos físicos / químicos) deben evitarse siempre que sea posible.
la química orgánica sintética logró un éxito impresionante en el medio del siglo 20. síntesis de varios pasos elegantes fueron diseñados que emplea cada vez más inteligente '' grupos protectores 'se introdujo' que bloquear temporalmente la reactividad de un grupo funcional específico hasta un segundo reactivo muy específico para eliminarlo. Si bien estas síntesis clásicos serán siempre permanecerá testamentos a la historia de la síntesis orgánica, hay que reconocer que desde el punto de vista del impacto ambiental, el uso de grupos de bloqueo es menos aceptable que la síntesis que están diseñados no requieran.
Las propiedades de los materiales se basan en cómo las moléculas interactúan entre sí y con su entorno circundante. Moléculas de interés (con una cierta actividad) son tradicionalmente manipulados cambiando covalentemente el '' topografía '' de la molécula con el fin de cambiar las propiedades físicas. Esta derivatización covalente generalmente implica muchas etapas de síntesis utilizando reactivos exóticos (y posiblemente tóxicos), por lo tanto la creación de residuos y subproductos no deseados. Una gran cantidad de investigación se ha hecho para entender la no covalente intermolecular, las tendencias de las moléculas y por lo tanto el diseño de sistemas moleculares mediante los procesos naturales de reconocimiento molecular y el autoensamblaje (Warner, 1998; Cannon y Warner, 2002) . Esto se ha denominado derivatización no covalente y es inherentemente más benigno que los métodos covalentes tradicionales.
Tres ganadores del Premio Desafío de Química Verde del Presidente reconocen las contribuciones académicas fundamentales que proporcionan opciones para los usuarios de promulgar el principio 8, que toda la influencia nueva tecnología de catalizadores. Un 2001
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ganador, Quasi-Nature Catálisis inventado por Chao-Jun Li en la Universidad de Tulane, permite '' reacciones catalíticas 'naturales' que son acuoso y en condiciones ambientales. Esto ayudará a reemplazar el uso tradicional de catalizadores de metales de transición en productos farmacéuticos, productos químicos finos, productos petroquímicos, productos químicos agrícolas, polímeros y plásticos. Un ganador 2003, los catalizadores de lipasa para polimerizaciones, desarrollado por Richard Gross de la Universidad Politécnica, elimina la necesidad de la protección / desprotección de grupos y disolventes así como permitir condiciones de reacción más suaves.
de avanzada bruto se basó en las enzimas en los organismos vivos. Li indica la similitud de su invención para reacciones enzimáticas en biocatalizadores, la biodegradación, la fotosíntesis, la fijación de nitrógeno y digestiones. El tema de la investigación bioinspirado, (también llamados biomimética, la biónica, biognosis) el '' abstracción de un buen diseño de la naturaleza '' subyace a muchos avances en la química verde, especialmente en la catálisis.
5.9. Catálisis reactivos catalíticos (tan selectiva como sea posible) son superiores a los reactivos estequiométricos.
Con el fin de hacer que las energías de estado de transición más accesible en una transformación química, el uso de catalizadores puede ser muy beneficioso. Hay innumerables ejemplos de reacciones estequiométricas que podrían tener alternativas catalíticas. Siempre que el catalizador empleado no es órdenes de magnitud más tóxico que los reactivos estequiométricos a los que sustituyen, su uso será muy beneficioso.
En 1999, el Premio Academic en el Challenge Química Verde se le dio al grupo del Collin para el diseño de un catalizador de oxidación benigna llamada TAML 2. TAML 2 catalizadores son catalizadores a base de hierro no tóxicos que se utilizan para limpiar corrientes de aguas residuales en la industria de pulpa y papel. beneficios ambientales incluyen los requerimientos de energía, la eliminación de sustancias orgánicas cloradas de la corriente de desechos se redujeron, y la disminución de consumo de agua. Los catalizadores también son completamente degradable en componentes benignos. TAML 2 Oxidantes Activadores proporciona una opción para baja temperatura, medios libres de cloro de la decoloración importante tanto para la industria de celulosa y papel, así como el lavado de los hogares. A ctualmente están siendo investigados como catalizadores de oxidación para muchos propósitos que implican el tratamiento de aguas residuales.
La catálisis es un foco importante de la investigación internacional, una búsqueda conjunta de las asociaciones industriales y profesionales, como por ejemplo articula en catálisis hojas de ruta de los EE.UU.,
23
Alemania, Japón y
los Países Bajos.
23 American
Chemical Society, Instituto Americano de Ingenieros Químicos, Asociación de Fabricantes de Productos Químicos,
Consejo de Investigación Química, y sintético Asociación de Fabricantes de Química Orgánica, Tecnología Visión 2020: La Industria Química de Estados Unidos, ACS, Washington, DC, 1996.
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5.10. Diseño para la degradación
productos químicos deben diseñarse de manera que al final de su función no persisten en el medio ambiente y se descomponen en productos de degradación inocuos.
ambiental de la tierra está llena de ciclos ecológicos donde los residuos de un proceso se convierte en la materia prima de otra. En la búsqueda de la sociedad de materiales duraderos y estables, en el pasado hemos diseñado materiales que son robustos y resistentes a entrar en cualquier ciclo de degradación. Pero tal vez hemos llegado a ser '' demasiado bueno '' en ella. Los rellenos sanitarios en todo el planeta se están llenando con más y más material que no someterse a cualquier forma de degradación. Debemos entender mejor estos ciclos e incorporarlas en el diseño de materiales en el futuro con el fin de darnos fuertes materiales estables que están alrededor de todo el tiempo que sean necesarios y no más.
PYROCOOL desarrollado un agente de extinción de incendios y de enfriamiento no tóxico, completamente degradable. extintores tradicionales han utilizado los halógenos, que agotan el ozono, productos químicos o materiales fluorados que se filtran en el medio ambiente dañar los sistemas acuáticos y de contaminar el suministro de agua. Los extintores PYROCOOL sustituyen a los extintores tradicionales que son igual de eficaces en la extinción de incendios y que no agotan la capa de ozono o persisten en el medio ambiente. Este producto ganó un premio de Química Verde Challenge en 1998.
5.11. Análisis en tiempo real para la prevención de la contaminación
metodologías analíticas necesitan ser desarrollado aún más para permitir en tiempo real, durante el proceso de vigilancia y control antes de la formación de sustancias peligrosas.
Hay dos aspectos de este principio en tiempo y materiales. técnicas de análisis en tiempo real deben ser desarrollados para su uso en los procesos de fabricación a gran escala. Si mejores monitores, más sensible pueden ser diseñados, a continuación, el uso de '' just-in-time '' reactivos y técnicas se pueden emplear que reduzca al mínimo el número de víctimas ambiental. También hay una necesidad de mejorar las técnicas analíticas para consumir menos materiales. Nuevos métodos cromatográficos que utilizan menos disolventes o que no requieren mezclas complejas de disolventes necesitan ser desarrollados.
Química analítica ha jugado un papel esencial en la química de síntesis orgánica, para ayudar a entender lo que está sucediendo dentro de reacciones y que también ayuda a identificar y caracterizar compuestos aislados. química analítica tradicional, mientras que ser una parte integral de la química, tiene también el uso involucrados excesiva disolvente, los requisitos de alta energía y, a menudo grandes tamaños de muestra. química analítica de proceso se ha desplazado recientemente hacia más pequeño, la instrumentación más precisa y en línea de análisis, que ha ayudado a reducir el uso de disolventes y por lo tanto disminuir drásticamente los residuos.
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Las determinaciones cuantitativas de los contaminantes y los contaminantes en el medio ambiente son otro aspecto importante de la química analítica. El Dr. Albert Robbat, Jr., de la Universidad de Tufts ha desarrollado métodos analíticos para sitios de desechos peligrosos que permiten determinaciones y evaluaciones rápidas y fáciles. Mediante el diseño de los sistemas móviles, las mediciones se pueden hacer en el lugar y en una fracción del tiempo métodos regulares requieren. Esto también permite una reducción en la cantidad de residuos generados en la operación de los instrumentos (Mauro et al, 2000;. Simpson et al, 1999;.. Robbat et al, 1998, 1999) .
5.12. la química inherentemente más seguro para la prevención de accidentes
Las sustancias y la forma de una sustancia usada en un proceso químico deben elegirse de modo que se minimice el potencial de accidentes químicos, incluyendo las emanaciones, explosiones e incendios.
A menudo ausente en las discusiones de la química verde son los peligros físicos de explosión e incendio. Los problemas de impacto ambiental y su toxicidad humana a veces puede dominar la agenda. Es importante reconocer que la química ha desarrollado una compleja comprensión mecanicista de peligro físico y es posible utilizar estas aprendizaje en el diseño de materiales en el futuro. disolventes novela llamada líquidos iónicos están siendo desarrollados por un número de grupos de investigación en Química Verde (Rogers y Seddon, 2003a, b) . Los líquidos iónicos son líquido s compuestas de iones, que tienen una presión de vapor muy baja y por lo tanto son virtualmente no volátil. Ellos están siendo utilizados para un número de propósitos incluyendo como disolventes alternativos en síntesis orgánica ( Wasserscheid y Welton, 2003) y como medios para disolver celulosa para ser utilizado para los materiales (Swatloski et al., 2002) . Los líquidos iónicos se pueden utilizar para reemplazar disolventes orgánicos inflamables y potencialmente explosivos, por lo tanto reduciendo drásticamente el potencial de accidentes. El análisis de la base de datos Planes de Gestión de Riesgos, que se inició bajo la Regla 112 (r) de las modificaciones de la Ley de Aire Limpio, indica que hay aproximadamente 300-400 accidentes químicos por año en los EE.UU. resulta en más de US $ 1 mil millones en daños
(Kleindorfer et al., 2000) . El uso de catal izadores, disolventes alternativos, menos peligrosos y reacciones de energía más bajos, la producción de productos químicos más seguros, y la prevención de la producción de residuos debe actuar para conducir este tipo en el largo plazo.
6. La relación prospectivo de EIA y Química Verde Química Verde podría ser visto como un centro de diseño de pie a medio camino entre el fin de la sociedad participan directamente por EIA en el punto de despliegue y la base científica en evolución de los enfoques alternativos para la química 'desplegado' en revistas, conferencias y cuadernos de laboratorio. Los resultados de la química verde son típicamente lejos contra la corriente de las actividades de evaluación del impacto ambiental, sin embargo, actuar para
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generar alternativas y opciones de incremento respecto a los intereses del EIA en el largo plazo. EIA puede ayudar a aclarar los beneficios ambientales, sociales y económicos de estas opciones de producción limpia resultantes. EIA podría ser empleado como parte de un marco para el establecimiento de prioridades Química Verde de la inversión en I + D y en los objetivos de mejora operativa de las iniciativas de la química verde en una corporación. Tanto la Química Verde y EIA pueden ser vistos como procesos de aprendizaje colaborativo y como barómetros del progreso en el aprendizaje de las agencias y corporaciones en la relación de la industria química para el medio ambiente. Tanto los campos de la EIA y la química verde también se encuentran aún en medio de la construcción de teorías.
Existen diferencias significativas entre la Química Verde y EIA que los hacen complementarios. Existe una gran diferencia en la programación de las respectivas intervenciones. Una innovación de la Química Verde normalmente no entraría en el ámbito de un practicante EIA durante años. Mientras que en funcionamiento de la Química Verde puede ser tomado como una cuestión de ética profesional, de una manera personal, EIA se realiza típicamente en un ámbito mucho más amplio, en el ámbito de la ética pluralistas. Los químicos verdes normalmente no involucrar al público en el curso normal de su trabajo, mientras que la participación amplia de los interesados es un mantra de EIA. Algunos químicos verdes hacen participar al público en el ámbito educativo, en especial a través de la introducción de nuevas experiencias de laboratorio. Sin embargo, un químico no es probable que sea la participación del público en medio de su trabajo de desarrollo.
La escala de evaluación del impacto ambiental en comparación con las intervenciones de la química verde es diferente en varios órdenes de magnitud en términos de costo, el número de personas que participan, y la frecuencia. Las EIA son poco frecuentes para una empresa en comparación con la toma de decisiones diaria en un laboratorio. Así también hay una limitación comparativo de EIA en trabajar en proyectos pequeños, mientras que la mayor parte de la Química Verde sucede en muy pequeñas proyectos de mejora incremental, la mayor parte del tiempo.
Mientras que el ámbito de las iniciativas de la química verde puede buscar oportunidades en un régimen general de la producción y el uso, la práctica de la Química Verde se suele tratar con pequeñas piezas de un gran sistema, uno a la vez. Por el contrario, la EIA es deliberadamente más sistémico en la conducta. Las tendencias de la puesta en práctica de la Química Verde son hacia el nivel de laboratorio con la consideración cada vez más crítico de los puntos más finos, mientras que una tendencia importante para la evaluación del impacto ambiental es a los niveles estratégicos e internacionales. El aspecto transnacional de la Química Verde es principalmente en las publicaciones. Hasta cierto punto, el más exitoso Química Verde es, menos necesidad habrá de realizar la EIA en el largo plazo en el sector químico (aunque eso es muy lejos.) También hay un contraste en el apalancamiento de EIA y Química Verde en el cambio tecnológico. EIA actúa como grande, estímulo a largo plazo para la sociedad rápidas, el gobierno y las empresas para mejorar la tecnología con respecto al medio ambiente. Química Verde en el mejor de los casos está cambiando la tecnología en una
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a diario, y la mejora en el enfoque es en gran parte el viaje de la persona practicante. La EIA es un impulso para el más robusto de planificación por adelantado y el diseño y sus puntos de vista y marcos van a encontrar su camino en la caja de herramientas del químico, con el tiempo. Idealmente, la Química Verde llevaría a la práctica e integrar algún tipo de evaluación del impacto ambiental en la toma de decisiones a nivel de laboratorio. Hasta el momento existen herramientas limitadas para hacer esto. Química Verde tiene una base más operativo, mientras que la EIA está más preocupado por los extremos, por lo que ciertamente parece ser la perspectiva de su complementariedad. Química Verde puede aprender de EIA en la toma de sus decisiones más transparente a los ejecutivos, y haciendo que la toma de decisiones en sí sea más accesible. Química Verde puede aprender de la práctica de la EIA para aumentar la transparencia en fundamentar la selección de alternativas, especialmente con respecto a las mejoras incrementales, de forma menos arbitraria. Finalmente, Química Verde se beneficiará de las técnicas de EIA en tener comparaciones más cuantitativas para la toma de decisiones a nivel de laboratorio. Este tipo de enlace es probable que sea en forma de Análisis del Ciclo de Vida.
Así también, las ideas de la Química Verde y sistemas expertos probablemente serán incorporados a herramientas de ACV junto con los criterios, prioridades y procesos de toma de decisión de EIA.
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