شیمی سبز

 

 

شیمی سبز: پیش‌گیری از آلودگی در سطح مولكولی
شیمی نقشی بنیادی در پیشرفت تمدن آدمی داشته و جایگاه آن در اقتصاد، سیاست و زندگی‌روزمره روز به روز پر رنگ‌تر شده است. با این همه، شیمی طی روند پیشرفت خود، كه همواره با سود رساندن به آدمی همراه بوده، آسیب‌های چشم‌گیری نیز به سلامت آدمی و محیط زیست وارد كرده است.

 

شیمیدان‌ها طی سال‌ها كوشش و پژوهش، مواد خامی را از طبیعت برداشت كرده‌اند، كه با سلامت آدمی و شرایط محیط زیست سازگاری بسیار دارند، و آن‌ها را به موادی دگرگونه كرده‌اند كه سلامت آدمی و محیط زیست را به چالش كشیده‌اند.هم‌چنین، این مواد به‌سادگی به چرخه‌ی طبیعی مواد باز نمی‌گردند و سال‌های زیادی به صورت زباله‌های بسیار آسیب‌رسان و همیشگی در طبیعت می‌ماند.

بارها از آسیب‌های مواد شیمیایی به بدن آدمی و محیط زیست شنیده و خوانده‌ایم. اما، چاره‌ی كار چیست؟به نظر می‌رسد در كنار  راهكارهای پیش‌گیرانه، كه تا كنون كارآمدی چشمگیری از خود نشان نداده‌اند، باید به راه‌های كارآمدتری نیز بیاندیشیم كه دگرگونی در شیوه‌ی ساختن مواد شیمایی در راستای كاهش آسیب‌های آن‌ها به آدمی و محیط زیست، یكی از این راه‌هاست.

امروزه، از این رویكرد نوین با عنوان شیمی سبز یاد می‌شود كه عبارت است از: طراحی فرآورده‌ها و فرآیندهای شیمیایی كه به‌كارگیری و تولید مواد آسیب‌رسان به سلامت آدمی و محیط زیست را كاهش می‌دهند یا از بین می‌برند.

بنیادهای شیمی سبز

شیمی سبز ، كه ‌بیش‌تر به عنوان شیوه‌ای برای پیش‌گیری از آلودگی در سطح مولكولی شناخته می‌شود، بر دوازده بنیاد استوار است كه طراحی یا بازطراحی مولكول‌ها، مواد و دگرگونی‌های شیمیایی در راستای سالم‌تر كردن آن‌ها برای آدمی و محیط زیست، بر پایه‌ی آن‌ها انجام می‌شود.

 

1. پیش‌گیری از تولید فراورده‌های بیهوده

یکی از بنیاد های شیمی سبز ، پیش‌گیری از تولید فراورده‌های بیهوده استتوانایی شیمی‌دان‌ها برای بازطراحی دگرگونی‌های شیمیایی برای كاستن از تولید فراورده‌های بیهوده‌ و آسیب‌رسان، نخستین گام در پیش‌گیری از آلودگی است. با پیش‌گیری از تولید فراورده‌های بیهوده، آسیب‌های مرتبط با انباركردن، جابه‌جایی و رفتار با آن‌ها را به كم‌ترین اندازه‌ی خود كاهش می‌دهیم.

 

2. اقتصاد اتم، افزایش بهره‌وری از اتم

یکی دیگر از بنیاد های شیمی سبز افزایش بهره وری از اتم است، اقتصاد اتم به این مفهوم است كه بازده دگرگونی‌های شیمیایی را افزایش دهیم. یعنی طراحی دگرگونی‌های شیمیایی به شیوه‌ای باشد كه گنجاندن بیش‌تر مواد آغازین را در فرآورده‌ها‌ی نهایی درپی داشته باشد. گزینش این گونه دگرگونی‌ها، بازده را افزایش و فرآورده‌های بیهوده را كاهش می‌دهد.

 

3. طراحی فرایندهای شیمیایی كم‌آسیب‌تر

از دیگر بنیادهای شیمی سبز میتوان به طراحی فرایندهای شیمیایی كم‌آسیب‌تر اشاره کرد. شیمی‌دان‌ها در جایی كه امكان دارد باید شیوه‌ی را طراحی كنند تا موادی را به كار برد یا تولید كند كه زهرآگینی كم‌تری برای آدمی یا محیط زیست داشته باشند.اغلب برای یك دگرگونی شیمیایی واكنش‌گرهای گوناگونی وجود دارد كه از میان آن‌ها می‌توان مناسب‌ترین را برگزید.

 

 

4. طراحی مواد و فراورده‌های شیمیایی سالم‌تر

فراورده‌های شیمیایی باید به گونه‌ای طراحی شوند كه با وجود كاهش زهرآگینی‌شان كار خود را به‌خوبی انجام دهند. فراورده‌های جدید را می‌توان به گونه‌ای طراحی كرد كه سالم‌تر باشند و در همان حال، كار در نظر گرفته شده برای آن‌‌ها را به‌خوبی انجام دهند.

 

5. بهره‌گیری از حلال‌ها و شرایط واكنشی سالم‌تر

بهره‌گیری از مواد كمكی(مانند حلال‌ها و عامل‌های جداكننده) تا جایی كه امكان دارد به كم‌ترین اندازه‌ برسد و زمانی كه به كار می‌روند از گونه‌های كم‌آسیب‌رسان باشند. دوری كردن از جداسازی در جایی كه امكان دارد و كاهش بهره‌گیری از مواد كمكی، در كاهش فراورده‌های بیهوده كمك زیادی می‌كند.

 

6. افزایش بازده انرژی

افزایش بازده انرژی از دیگر بنیادهای شیمی سبز است.نیاز به انرژی در فرایندهای شیمیایی از نظر اثر آن‌ها بر محیط زیست و اقتصاد باید در نظر گرفته شود و به كم‌ترین میزان خود كاهش یابد. اگر امكان دارد، روش‌های ساخت و جداسازی باید به گونه‌ای طراحی شود كه هزینه‌های انرژی مرتبط با دما و فشار بسیار بالا یا بسیار پایین به كم‌ترین اندازه‌ی خود برسد.

 

7. بهره‌گیری از مواداولیه‌ی نوشدنی

دگرگونی‌های شیمیایی باید به گونه‌ای طراحی شوند تا از مواد اولیه‌ی نوشدنی بهره گیرند. فرآورده‌های كشاورزی یا فرآورده‌های بیهوده‌ی فرآیندهای دیگر، نمونه‌هایی از مواد نوشدنی هستند. تا جایی كه امكان دارد، این گونه مواد را به‌جای مواد اولیه‌ای كه از معدن یا سوخت‌های فسیلی به دست می‌آیند، به كار بریم.

 

8. پرهیز از مشتق‌های شیمیایی

مشتق‌گرفتن‌(مانند بهره‌گیری از گروه‌های مسدودكننده یا تغییرهای شیمیایی و فیزیكی گذرا) بایدكاهش یابد، زیرا چنین مرحله‌هایی به واكنشگرهای اضافی نیاز دارند كه می‌توانند فراورده‌های بیهوده تولید كنند. توالی‌های جایگزین می‌توانند نیاز به گروه‌های حفاظت‌كننده یا تغییر گروه‌های عاملی را از بین ببرند یا كاهش دهند.

9 -و ...

كوشش‌ها و دستاوردهای شیمی سبز

شیمیدان‌های شیمی سبز در پی آن هستند كه روندهای شیمیایی سالم‌تری را جایگزین روندهای كنونی كنند یا با جایگزین كردن مواد اولیه‌ی سالم‌تر یا انجام دادن واكنش‌ها در شرایط ایمن‌تر، فراورده‌های سالم‌تری را به جامعه هدیه دهند. برخی از آن ها می‌كوشند شیمی را به زیست‌شیمی نزدیك كند، چرا كه واكنش‌های زیست‌شیمیایی طی میلیون‌ها سال رخ داده‌اند و چه برای آدمی و چه برای محیط زیست، چالش‌ها نگران كننده‌ی به وجود نیاورده‌اند. بسیاری از این واكنش‌ها در شرایط طبیعی رخ می‌دهند و به دما و فشار بالا نیاز ندارند. فراورده‌های آن‌ها نیز به آسانی به چرخه‌ی مواد بازمی‌گردند و فراورده‌های جانبی آن‌ها برای جانداران سودمند هستند. الگو برداری از این واكنش‌ها می‌تواند چالش‌های بهداشتی و زیست‌محیطی كنونی را كاهش دهد.

منبع: تلخیص از academist.ir،bedanid

ویدیو مرتبط :
کریمی:خونه سبز دل سرخ عاشق دیوونه سبز / شراب اگه عوض شده پیم

---

خواندن این مطلب را به شما پیشنهاد میکنیم :

اعطای جایزه «شیمی سبز» یونسکو به محقق جوان ایرانی برای تولید بیودیزل با تثبیت آنزیم‌ها

دکتر مهدی محمدی با بیان این که این تحقیقات از سه سال قبل آغاز شده است، گفت: عمده کارهای تحقیقاتی من بر روی تثبیت آنزیم‌ها و استفاده از آنها در واکنش‌های شیمی آلی است که به آن بیوکاتالیست اطلاق می‌‍‌شود. این حوزه میان رشته‌ای در میان جامعه شیمی ایران بسیار نوپا بوده و با وجود پیشرفت‌های گسترده دنیا، دانشگاه‌ها و مراکز بسیار معدودی در این زمینه فعالیت می‌کنند.

وی با تاکید بر این که در مدت سه سال این تحقیقات در زمینه تثبیت آنزیم‌ها بر روی بسترهای مختلف قندی و نانو با استفاده از روش‌های مختلف متمرکز شده است، ‌اظهار داشت: اگر بخواهیم از آنزیم‌ها استفاده‌های صنعتی بیشتری داشته باشیم باید این آنزیم‌ها را از طریق تثبیت بر بسترهایی به صورت هتروژن در بیاوریم؛ از این رو تثبیت آنزیم گامی مهم در کاربردی کردن و صنعتی‌سازی آنزیم‌ها به شمار می‌رود.

محمدی آنزیم‌ها را کاتالیزگر فرایندهای زیستی توصیف کرد و یادآور شد: این کاتالیزگرهای زیستی در انجام واکنش‌ها، نقش مهمی ایفا می‌کنند که در سال‌های اخیر به دلیل انتخاب‌گری بالا و عدم آلایندگی محیط زیست کاربردهای وسیعی پیدا کرده‌اند.

وی با اشاره به مطالعات انجام شده در این زمینه گفت: در این مطالعات با هدف بالا بردن کارایی بیوکاتالیست و غلبه بر مشکل پرهزینه بودن واکنش‌های آنزیمی، روش‌های گوناگونی برای تثبیت آنزیم‌ها بر روی بسترهایی با ساختارهای نانویی به کار گرفته شده‌اند، از آنزیم‌های تثبیت شده همچنین در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی همانند هیدرولیز انتخابی روغن ماهی، تفکیک انانتیومرهای ترکیبات آلی، از بین بردن آلاینده‌های شیمیایی و تولید سوخت زیستی استفاده شده است.

مجری طرح به نقش آنزیم‌ها در تولید بیودیزل اشاره کرد و افزود: آنزیم‌ها قادر به تجزیه چربی‌ها و تبدیل آن به «متیل استر اسیدهای چرب» هستند که گزینه اصلی جانشینی کاتالیزگرهای شیمیایی در تولید سوخت‌های زیستی به حساب می‌آیند.

این محقق اضافه کرد: روش‌های شیمیایی باعث پیچیده شدن فرایند تولید بیودیزل شده و آلودگی‌های زیست محیطی را به همراه دارد از این رو تلاش‌های زیادی برای جایگزین کردن آنها با آنزیم‌ها در جریان است. به گونه‌ای که اخیرا تولید آنزیم سوخت‌های زیستی در چین آغاز شده است؛ ولی مشکلات زیادی همچنان گریبانگیر این فرایند است.

استادیار پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک با بیان این که در مطالعات زیادی تلاش کردیم تا بیودیزل را به روش آنزیمی تولید کنیم اضافه کرد: یکی از مشکلات تولید آنزیمی بیودیزل،‌گران بودن و زمان بر بودن فرایند است که تمرکز اصلی این گروه تحقیقاتی بر غلبه بر این مشکلات متمرکز شده است.

محمدی، استفاده از روشهای ارزان قیمت و موثر تثبیت آنزیم بر روی بستر را از جمله راهکارهای کاهش هزینه‌های تولید بیودیزل نام برد و خاطرنشان کرد: در پروژه‌های متعدد از بسترهای متفاوتی مانند سیلیکا، سیلیکا با ساختار نانو حفره‌ای و نانو مگنت استفاده شده است.

وی با تاکید بر این که تثبیت آنزیم منجر به کاهش هزینه‌های تولید بیودیزل خواهد شد، اظهار داشت: زمانی که آنزیم بر روی بستر تثبیت می‌شود، آنزیم به حالت هتروژن درمی‌آید که در این حالت می‌توان چندین بار از بیوکاتالیست به دست آمده استفاده کرد و این امر در نهایت منجر به کاهش هزینه‌های تولید بیودیزل و هر فرایند آنزیمی دیگری خواهد شد.

مجری طرح روش تثبیت آنزیم بر روی بستر را روش «کووالانسی» ذکر کرد و افزود: یکی از مشکلات تثبیت غیر کوالانسی آنزیم این است که در حین واکنش، چون بر همکنش‌ها ضعیف است،‌آنزیم‌ها در حین واکنش از بستر کنده می‌شود و این امر منجر به هدر رفت آنزیم و کاهش چشمگیر فعالیت آن می‌شود. ضمن آن که محصولات تولید شده در چنین شرایطی، آلوده به آنزیم‌های آزاد شده از بستر خواهند شد.

محمدی، به نحوه ایجاد پیوند کووالانسی میان آنزیم و بستر اشاره و خاطرنشان کرد: برای این منظور به دلیل قرار گرفتن گروه‌های عاملی شیمیایی بر روی بستر، لازم است سطح بستر اصلاح شود و از سوی دیگر سطح آنزیم‌ها پوشیده از گروه‌هایی چون کربوکسیلیک اسید، آمین و هیدروکسیل است که چنین وضعیتی، امکان بهره‌گیری از واکنش‌های مختلف شیمیایی برای تثبیت آنزیم‌ها بر روی بستر را فراهم می‌کند.

استادیار پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک در عین حال پیوند کووالانسی را پیوند پیچیده‌ای دانست و افزود: هرچه شرایط پیوند سخت‌تر باشد فعالیت آنزیم‌ها کاهش می‌یابد ولی در روشی که اخیرا ما برای تثبیت آنزیم‌ها بر روی بستر با این تکنیک ارائه کردیم، آنزیم‌ها کاهش فعالیت نداشتند.

وی مزیت دیگر این روش را در سرعت اتصال دانست و گفت:‌در روش‌های معمول تثبیت آنزیم تا 24 ساعت زمان نیاز است ولی در روش ارائه شده،‌ در مدت 10 دقیقه تا یک ساعت فرآیند تثبیت با راندمان بالای 90 درصد صورت می‌گیرد.

مجری طرح، نتایج این مطالعات را ارائه طرحی در حوزه شیمی سبز دانست و خاطرنشان کرد: به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد نحوه اتصال آنزیم‌ها بر روی سطح بستر و همچنین نوآوری و خلاقیت ارائه شده، این طرح موفق به کسب جایزه شیمی سبز از سوی یونسکو شد.

محمدی به جزئیات این جایزه اشاره کرد و یادآور شد: یونسکو با همکاری یک شرکت روسی تولید کننده کودهای شیمیایی و اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی قراردادی را منعقد کردند که به مدت پنج سال اعتباراتی را به دانشمندان جوان کمتر از 35 سال که در زمینه شیمی سبز فعال هستند اختصاص دادند و این اعتبارات از سوی شرکت روسی تامین می‌شود.

وی با بیان این که امسال دومین سال اعطای این جایزه بود، افزود: در سال جاری با ارائه روش نوینی برای تثبیت آنزیم جهت تولید بیودیزل به همراه پنج نفر از دانشمندان کشورهای ایتالیا، بلغارستان، آفریقای جنوبی، آرژانتین و استرالیا از میان 120 طرح ارائه شده از سراسر دنیا، موفق به کسب این جایزه تحقیقاتی شدم.

این محقق هدف از اعطای این جایزه را کمک به استعدادهایی دانست که فعالیت‌های علمی قابل توجهی داشته و در حوزه شیمی سبز فعالیت می‌کنند.

وی با بیان این که بخشی از این مطالعات نیز از طرف آکادمی جهانی علوم (TWAS) در قالب بودجه تحقیقاتی 11 هزار دلاری مورد حمایت قرار گرفته است، افزود: این بودجه به دانشمندان کمتر از 40 سال کشورهای در حال توسعه اعطا می‌شود.

این محقق جوان توجه بیشتر جامعه شیمی به حوزه‌های میان رشته‌ای را خواستار شد و اضافه کرد: آینده شیمی ایران در گرو ساختارشکنی دانشمندان جوان این رشته در از بین بردن مرزهای سنتی و کاذب ایجاد شده میان علوم مختلف و توجه بیشتر به حوزه‌های نوین شیمی است.

اخبار علمی - ایسنا