Chimia verde si dezvoltarea durabila
Data: 1 - 15 septembrie 2013
Convorbire cu prof. dr. ing. Valentin I. Popa, membru corespondent al ASTR
Univers ingineresc: Insusi conceptul de „chimie verde“ este incitant intrucat, in contextul preocuparilor de ordin ecologic, transmite direct un semnal in sprijinul protectiei mediului inconjurator. Dincolo, insa, de acest element de ordin emotional, cum poate fi definita aceasta ramura a chimiei moderne?
Valentin I. Popa: Ca expresie a ingineriei chimice, fara de care astazi este greu de conceput viata moderna. Am in vedere producerea pe scara larga a antibioticelor si altor medicamente, ingrasamintelor si produselor chimice destinate agriculturii, polimerilor compatibili cu mediul biologic folositi in dispozitivele medicale, compozitelor polimere cu rezistenta ridicata, fibrelor si tesaturilor, compozitiilor protectoare de acoperire si elementelor pentru microelectronica.
U.I.: Enumerarea este mai mult decat convingatoare. De aceea, va propunem sa abordam „miezul“ subiectului, si anume modalitatile in care tehnologiile specifice raspund, cel putin, celor doua conditii de eficienta, economica si ecologica.
V.I.P.: Evident, toate aceste tehnologii necesita o cooperare interdisciplinara pentru a produce chimicale special proiectate astfel incat sa poata fi utilizate in vederea realizarii de materiale in conditii - asa cum ati relevat - de eficienta economica si cu impact negativ minim asupra mediului inconjurator. Tocmai de aceea, in decursul evolutiei ei, chimia a fost apreciata si „clasificata“ in functie de efectele negative sau benefice asupra activitatilor umane, in: chimia neagra, care murdareste, chimia rosie, care ucide, chimia roz, care vindeca, si chimia verde, care respecta natura si, implicit, interesele speciei noastre umane.
U.I.: Privirea istorica pe care o propuneti se cere, credem, completata cu unele detalii de mare interes nu numai teoretic, ci si practic.
V.I.P.: In aceasta ordine de idei, este bine sa reamintim ca, odata cu aparitia unor probleme legate de exploatarea resurselor fosile, de agresivitatea unor tehnologii si produse - care au dus la cresterea gradului de poluare a mediului inconjurator -, se justifica, pe buna dreptate, ingrijorarea fata de viitorul omenirii, ingrijorare care a determinat elaborarea conceptului de dezvoltare durabila. Analizele efectuate au dus la concluzia ca rezolvarea multor probleme legate de asigurarea resurselor, de exploatarea si prelucrarea acestora se afla la indemana noastra, in natura care ne inconjoara. In acest sens - pentru ca m-ati solicitat sa concretizez - as reaminti ca, in urma cu cincisprezece ani, Paul Anastas si John Warner au publicat lucrarea Green chemistry: Theory and Practice, lucrare din care s-au nascut cele douasprezece principii ale chimiei verzi, care permit selectarea unor reguli relativ usor de urmat de specialisti pentru a atinge obiectivele dezvoltarii durabile, respectiv reducerea la minimum a deseurilor periculoase, toxice.
U.I.: Care sunt aceste principii?
V.I.P.: Intr-o formula foarte concentrata, este vorba despre: 1) prevenirea acumularii deseurilor; 2) proiectarea unor produse sau compusi chimici cu toxicitate redusa sau lipsiti de toxicitate; 3) proiectarea sintezelor chimice cu grad redus de periculozitate; 4) utilizarea materiilor prime regenerabile; 5) utilizarea unor catalizatori cat mai selectivi posibil, superiori reactivilor stoichiometrici; 6) reducerea treptelor de sinteza a derivatilor intermediari; 7) metode de sinteza care sa permita incorporarea in produsul final a tuturor materialelor utilizate in proces; 8) utilizarea de solventi si conditii de reactie care sa prezinte siguranta maxima; 9) cresterea eficientei energetice; realizarea reactiilor chimice la temperaturile si presiunile mediului ambiant, atunci cand este posibil; 10) proiectarea de compusi chimici si produse biodegradabile dupa utilizare - analiza ciclului de viata; 11) elaborarea de metode analitice care sa permita monitorizarea in timp real a proceselor inainte de formarea produselor periculoase si 12) compusii chimici si forma in care se utilizeaza in procesele chimice trebuie sa se selecteze astfel incat sa se reduca la minimum potentialul de accidente, eliberare necontrolata si incendii.
U.I.: Avem, deci, de-a face cu o „duzina“ de principii care, la simpla lor mentionare, arata si cat de greu este sa fie respectate.
V.I.P.: Asa este. Din pacate, in prezent, numai 10% dintre tehnologiile aplicate pot fi considerate drept compatibile cu mediul inconjurator, in timp ce alte 25% ar putea deveni. Aceasta inseamna ca pentru 65% dintre tehnologiile din industria chimica trebuie sa se gaseasca solutii pentru a corespunde criteriilor si regulilor dezvoltarii durabile. Extrem de important este ca, prin extinderea aplicarii principiilor chimiei verzi, sa se asigure premise pentru cresterea volumului de produse specifice de la 2,8 miliarde de dolari in 2011 la 98,5 miliarde de dolari in 2020.
U.I.: Ce resurse exista pentru atingerea acestui obiectiv pornind, fireste, de la cele naturale, de la ceea ce ne ofera insusi existentul la scara planetara.
V.I.P.: In ceea ce priveste resursele, sunt de luat in considerare in primul rand cele regenerabile, iar in al doilea rand cele reprezentate de deseurile de diferite proveniente. In cea dintai categorie, se impune sa includem biomasa vegetala rezultata in urma procesului de fotosinteza. Aceasta resursa reprezinta aproximativ (1,7 ÷ 2,0)×1011 tone/an. Din respectiva cantitate, 6×109 tone se utilizeaza in industria alimentara si cea nealimentara. In prezent, numai 10% dintre chimicalele si materiile prime destinate industriei chimice sunt obtinute din biomasa. De asemenea, trebuie mentionat ca exista numeroase cai pentru sporirea cantitatii de biomasa accesibila prin fotosinteza.
U.I.: Cifrele sunt impresionante. Banuim, insa, ca cea de-a doua sursa prezinta dimensiuni, de asemenea, semnificative.
V.I.P.: Evident, deseurile prezinta interes din mai multe unghiuri de vedere, inainte de toate prin sursele care permit recuperarea lor. Astfel, se apreciaza ca 90 de miloane de tone de alimente sunt anual disponibilizate ca deseuri, iar la nivel mondial risipa reprezinta aproximativ o treime din consumul uman, ceea ce inseamna 1,3 miliarde tone/an. Datele sunt furnizate de Organizatia Natiunilor Unite pentru Alimentatie si Agricultura (FAO).
U.I.: Va propunem ca si aceasta tema sa fie detaliata.
V.I.P.: Bunaoara, agricultura ofera anual 3,5 - 4 miliarde tone de reziduuri. Deseurile urbane constituie o mare problema in UE, intrucat, in acest spatiu geografic, se inregistreaza peste 500 kg/locuitor/an. Statisticile mai arata ca in UE se produc anual 3,5 miliarde tone de deseuri. Mai putin de o treime din deseurile municipale se recicleaza si aproape jumatate ajung in gropile de gunoi. Aplicarea principiilor chimiei verzi poate contribui la transformarea acestor deseuri in materii prime, dupa cum poate oferi cai pentru o productie cu zero deseuri.
U.I.: Care ar fi unele dintre solutiile fezabile?
V.I.P.: Exista solutii pentru obtinerea de biocombustibili din cea de-a doua generatie sau intermediari pentru sinteza biopolimerilor folosindu-se deseurile agricole sau urbane. Astfel, de exemplu, in SUA exista 58 de instalatii care produc anual 6 miliarde de litri de etanol, la care se adauga investitii recente in Danemarca, Italia si Spania in vederea fructificarii acestei resurse. Totodata, deseurile forestiere si agroalimentare constituie surse pentru separarea unor compusi cu activitate biologica sau pentru obtinerea de intermediari pentru sinteze chimice sau biochimice. Si in acest caz, exista exemple concludente. De pilda, firma Exxon investeste 860 milioane de dolari pentru fabricarea de biocombustibili din alge.
U.I.: In ceea ce priveste finalitatea unor asemenea preocupari, va rugam sa puneti accentul si pe alte resurse care contribuie la satisfacerea unor nevoi de consum care sa raspunda celor doua criterii de eficienta, economica si ecologica.
V.I.P.: In aceasta privinta, tin sa mentionez ca resursele fibroase celulozice sunt recomandate nu numai pentru fabricarea produselor papetare conventionale, ci si pentru realizarea de materiale biocompozite destinate industriei de automobile sau unor microfibile (elemente structurale ale fibrelor celulozice) introduse in materiale performante. Alaturi de fibrele celulozice din plantele textile traditionale, bunaoara din in si canepa, firma Ford propune utilizarea fibrelor celulozice pentru unele repere din constructia automobilelor. In acest fel, se asigura si cresterea gradului de reciclare, precum si de recuperare a automobilelor dupa iesirea lor din functie. Prin urmare, se poate aprecia ca valorificarea polimerilor naturali accesibili prin procesul de regenerare asigura compatibilitatea cu mediul inconjurator, dezvoltarea durabila. Pe de alta parte, diversitatea si functionalitatea polimerilor naturali permit realizarea unui numar important de reactii cu multiple aplicatii practice in cele mai variate domenii - tehnica, medicina, farmacie, cosmetica si altele.
U.I.: Toate acestea reprezinta, desigur, premise favorabile pentru abordari care sa tina seama si de cerintele pe termen lung, date fiind pericolele care ameninta „sanatatea“ Pamantului.
V.I.P.: Provocarile care implica o viziune strategica privesc sinteza materialelor (bio)insiprate din domeniul biologic bazate pe autoasmblarea necesara a componentilor si dezvoltarea unor structuri ierarhice. Datorita proprieatilor mecanice, chimice si biologice ale compozitelor pe baza de fibre naturale, se pot crea biomateriale multifunctionale folosind amestecuri de polimeri naturali si sintetici cu functii similare celor din tesuturile vii.
U.I.: Terminologia stiintifica se cere completata tot cu exemple din care sa rezulte tocmai finalitatea practica.
V.I.P.: De acord. In acest context este de mentionat ca multe companii - DOW, BASF, Pfizer, Bayer si Procter&Gamble - au facut progrese uriase in reducerea impactului tehnologiilor lor asupra sanatatii, a mediului prin dezvoltarea unor produse, precum si a unui spectru larg de tehnologii durabile ca urmare a unor importante activitati de cercetare. Posibilitatile oferite de chimia verde au generat preocupari accentuate pentru crearea de instrumente necesare, deopotriva, educatiei si cercetarii. Tot mai multe universitati au introdus in oferta lor educationala si de cercetare aspecte privind abordarea domeniului chimiei verzi, alaturi de care au aparut si notiuni specifice, cum ar fi ingineria verde, chimia verde in aplicatii electronice, in vopsele si materiale de acoperire, in industria chimica si farmaceutica si in multe altele.
U.I.: Intrucat tema formarii profesionale se afla la loc central in activitatea AGIR si ASTR, va rugam sa va referiti si la modalitatile concrete prin care se asigura resursa umana de inalta calificare in domeniul de care ne ocupam.
V.I.P.: Se actioneaza in asa fel incat absolventii unor programe de invatamant in domeniul chimiei verzi sa dobandeasca setul de competente esentiale pentru aplicarea principiilor care guverneaza acest domeniu. Faptul cel mai semnificativ, care poate fi adus drept argument, este cel oferit de 12 universitati americane care au semnat un protocol de cooperare in domeniul chimiei verzi pentru a atrage si parteneri industriali. Urmand asemenea exemple, s-ar impune ca si in Romania, tara care dispune de insemnate resurse atat de materii prime, cat si educationale si de cercetare, sa se dezvolte programe specifice de pregatire si investigatie, reconsiderandu-se rolul chimiei in universitatile cu profil tehnic. Dupa cum se stie, aceasta disciplina a disparut din oferta educationala a multor facultati. Totodata, dezvoltarea unor industrii bazate pe principiile chimiei verzi ar putea contribui la crearea de intreprinderi mici si mijlocii, unele dintre ele chiar in zonele rurale sau considerate defavorizate, ceea ce ar asigura noi locuri de munca, inclusiv pentru absolventii cu calificare superioara.
Alte articole

