Các qui trình mới trong phòng thí nghiệm có thể ngăn cản việc tạo ra các chất gây ô nhiễm và sản xuất ra những sản phẩm không gây tổn hại tới môi trường. Công nghệ đang phát triển này đang làm giảm thiểu việc sử dụng các nguyên liệu có hại trong thiết kế và phát triển, do đó đây là một phương pháp tiếp cận mới mẻ để giảm bớt ô nhiễm.
Cheryl Pellerin là một người chuyên viết về chủ đề khoa học cho Bộ Ngoại Giao Hoa Kỳ tại Văn phòng Các chương trình thông tin quốc tế.
Thuật ngữ hóa chất xanh chỉ việc thiết kế ra những sản phẩm hóa chất và qui trình hóa học để giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn việc tạo ra và sử dụng những chất có hại. Phong trào này được khởi xướng tại Hoa Kỳ với việc thông qua Đạo luật phòng chống ô nhiễm năm 1990, một đạo luật đề ra chính sách quốc gia trong việc ngăn chặn hay giảm bớt tận gốc nạn ô nhiễm bất cứ khi nào có thể.
Đạo luật này cũng cho phép vượt ra ngoài khuôn khổ truyền thống của những chương trình thuộc Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) và đưa ra những chiến lược mang tính sáng tạo để bảo vệ sức khỏe con người và bảo vệ môi trường. Theo luật này, việc giảm tận gốc ô nhiễm là “một cách tiếp cận hoàn toàn mới và đáng khuyến khích hơn so với việc quản lý chất thải và kiểm soát ô nhiễm”.
Sau khi Đạo luật được thông qua, Văn phòng Phòng chống Ô nhiễm và các chất độc hại của EPA (OPPT) bắt đầu nghiên cứu xem xét ý tưởng về việc phát triển và cải thiện các sản phẩm hóa chất và qui trình hóa học để làm cho chúng bớt nguy hại hơn. Vào năm 1991, OPPT đã phát động một chương trình mẫu, lần đầu tiên tài trợ cho các dự án nghiên cứu có đưa việc ngăn ngừa ô nhiễm vào trong việc tổng hợp các hóa chất. Từ đó đến nay, Chương trình hóa chất xanh của EPA đã xây dựng được các mối quan hệ hợp tác với các viện nghiên cứu, với các ngành công nghiệp, với các cơ quan chính phủ khác, và với các tổ chức phi chính phủ để thúc đẩy việc ngăn ngừa ô nhiễm thông qua ngành hóa chất xanh.
Ngành hóa chất xanh trong thực tiễn
Việc sản xuất các hóa chất là nguồn gốc của nhiều sản phẩm có ích, ví dụ như thuốc kháng sinh và các loại tân dược khác, chất dẻo, xăng và các loại nhiên liệu khác, các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp như phân bón và thuốc bảo vệ thực vật, và các loại vải tổng hợp như nilông, tơ nhân tạo và sợi tổng hợp. Các sản phẩm này đều rất quan trọng, tuy nhiên một số hóa chất hay qui trình hóa học để chế tạo ra chúng lại gây tổn hại cho môi trường và sức khỏe của con người. Ngành hóa chất xanh có mục đích làm giảm bớt ô nhiễm bằng cách ngăn ngừa việc tạo ra các chất độc hại này ngay từ đầu.
Khi thiết kế một phản ứng hóa học theo nguyên tắc của ngành hóa chất xanh này, các nhà hóa học phải đặc biệt chú ý đến những mối nguy hại mà một hóa chất có thể gây ra cho sức khỏe hay cho môi trường trước khi quyết định sử dụng hóa chất đó trong phản ứng, hay tạo ra nó như một sản phẩm hóa học. Nói một cách khác, họ cần phải coi mối nguy hại mà một chất có thể gây ra như một thuộc tính cần được xem xét bên cạnh các thuộc tính hóa lý khác, và họ phải lựa chọn những chất nào gây ra mức nguy hại tối thiểu.
Trong cuốn sách xuất bản vào năm 1998 mang tựa đề Ngành hóa chất xanh: Lý thuyết và thực tiễn (Nhà Xuất bản Đại học Oxford), Paul Anastas và John Warner đã đưa ra 12 nguyên tắc như một lộ trình cho các nhà hóa học trong việc thực hiện hóa chất xanh. Dưới đây chúng tôi xin đề cập đến bốn trong số 12 nguyên tắc đó.
1. Bắt đầu an toàn: Xác định những phản ứng sử dụng những vật liệu không độc hại để chế tạo ra sản phẩm mong muốn.
Điều này làm giảm nguy cơ đối với công nhân trong các nhà máy chế tạo khi họ phải tiếp xúc với hóa chất, và ngăn chặn được việc vô tình để rò rỉ hoặc cháy nổ các hóa chất độc hại. Một phương pháp mới trong việc chế tạo một hóa chất công nghiệp quan trọng, chất adipic acid, sẽ minh họa cho nguyên tắc này.
Mỗi năm, người ta cần khoảng 2 tỉ kilogram chất adipic acid để chế tạo ra nilông, polyurethane (loại nhựa tổng hợp dùng để chế tạo ra sơn), dầu nhờn, và chất chế tạo chất dẻo. Cách thông thường để chế tạo ra adipic acid là sử dụng benzen, một hóa chất có thể gây ung thư, để làm nguyên liệu ban đầu. Nhưng trong qui trình mới theo đó sử dụng một vi khuẩn đã được biến đổi gen gọi là chất xúc tác sinh học, người ta đã thay thế benzen bằng đường glucô đơn giản.
Việc bắt đầu bằng một chất an toàn như đường glucô để chế tạo ra acid adipic có nghĩa là chúng ta có thể tránh được việc sử dụng một số lượng lớn hóa chất độc hại nếu như những qui trình mới như vậy được sử dụng một cách rộng rãi.
2. Sử dụng những nguồn tài nguyên tái sinh: Cần phải đề cao việc sử dụng những vật liệu ban đầu có khả năng tái sinh, chẳng hạn như những chất lấy từ cây đang trong quá trình tăng trưởng, hơn là sử dụng những vật liệu không thay thế được, như xăng hay khí tự nhiên.
Đường glucô ở ví dụ trên là một vật liệu ban đầu có thể được chiết xuất từ tinh bột ngô hay chất xơ trong các nguyên liệu gốc thực vật. Ngay cả lõi ngô, cuống hoa, hay lá rụng cũng có thể chiết xuất ra thành glucô. Trong một ví dụ khác, tinh bột ngô được sử dụng để sản xuất ra những viên xốp nhỏ dùng để làm bao bì đệm cho các vật liệu được chuyên chở trong các côngtenơ. Những viên xốp nhỏ này có thể thay thế cho các vật liệu đóng gói bằng chất dẻo được làm từ các hóa chất có nguồn gốc dầu mỏ.
3. Tìm các dung môi an toàn hơn: Phải loại bỏ việc sử dụng các dung môi độc hại để hòa tan các vật liệu có phản ứng hóa học với nhau.
Dung môi là các hóa chất có thể hòa tan một chất khác. Nhiều dung môi được sử dụng với số lượng lớn trong các ngành công nghiệp đã gây tổn hại tới sức khỏe hay có thể tạo ra những nguy cơ khác như cháy nổ. Các dung môi được sử dụng rộng rãi có nguy cơ đến sức khỏe là carbon tetrachloride, chloroform và perchloroethylene.
Đôi khi chúng ta có thể thay thế những dung môi nguy hiểm đó bằng những dung môi an toàn hơn như nước hay khí cácbonic hóa lỏng. Ví dụ như những qui trình giặt khô mới cho quần áo gần đây đã được phát triển, trong đó người ta hòa tan những vết bẩn hay vết dầu mỡ bằng cách sử dụng cácbonnic lỏng thay vì hóa chất độc hại là perchloroethylene.
4. Tiết kiệm nguyên tử: Cần phải thiết kế ra những phản ứng hóa học trong đó gần như tất cả các nguyên tử mà bạn sử dụng ban đầu đều phải được thể hiện trong sản phẩm tạo ra chứ không phải trong các phụ phẩm phế thải.
Nhà hóa học Barry Trost ở trường đại học Stanford đã đưa ra khái niệm này và đặt tên cho nó là sự tiết kiệm nguyên tử. Một ví dụ của nguyên tắc này là một qui trình được cải tiến vào năm 1991 để chế tạo ra chất giảm đau ibuprofen, một chất hoạt tính chủ yếu có trong các loại thuôc tân dược nổi tiếng như Motrin, Advil, Nuprin, và Medipren.
Theo qui trình truyền thống gồm có 6 bước được sử dụng vào những năm 1960, chỉ có 40% số nguyên tử tham gia phản ứng được thể hiện trong sản phẩm (là chất ibuprofen), và 60% nằm lại các sản phẩm phụ không cần thiết hoặc chất thải. Qui trình mới của Trost chỉ có ba bước, và tới 77% số nguyên tử tham gia phản ứng được thể hiện trong sản phẩm cuối cùng. Qui trình xanh này đã loại bớt được hàng trăm ngàn kilôgram phụ phẩm hóa học mỗi năm, và đã giảm được hàng trăm ngàn kilôgram chất phản ứng cần để chế tạo ra ibuprofen.
Việc chú ý đến những nguyên tắc này sẽ giúp bảo vệ môi trường và tiết kiệm nhiều tiền bạc cho các công ty về lâu dài bằng cách giảm chi phí cho các biện pháp kiểm soát ô nhiễm và sử dụng ít năng lượng hơn.
Sự quan tâm của quốc tế
Kể từ thập niên 1990, nhiều tổ chức khắp nơi trên thế giới đã quan tâm đến khái niệm ngành hóa chất xanh.
Viện Hóa học Xanh CGI (http://www.chemistry.org/portal/a/c/s/1/acsdisplay.html?DOC=greenchemistryinstitute%5cindex.html) là một tổ chức phi lợi nhuận thuộc Hội Hóa học Hoa Kỳ, được thành lập để thúc đẩy phong trào hóa học xanh thông qua nghiên cứu, giáo dục, truyền bá thông tin, tổ chức hội thảo, hội nghị chuyên đề, và hợp tác quốc tế. Có hơn 20 tổ chức đặt quan hệ với Viện Hóa học Xanh ở Canada, Ấn Độ, Italia, Trung Quốc, Nam Phi và Thái Lan.
Ở Vương quốc Anh, Hội Hóa học Hoàng gia đã khởi xướng mạng lưới Hóa học Xanh GCN (http://www.chemsoc.org/networks/gcn) đặt tại Khoa Hóa học trường Đại học York. Mạng lưới này thúc đẩy nhận thức và tạo điều kiện cho các hoạt động giáo dục, đào tạo, và triển khai hóa học xanh trong các ngành công nghiệp, thương mại,, viện nghiên cứu, và trong trường học.
Sáng kiến Đối tác CRYSTAL FARADAY (http://www.crystalfaraday.org) ở Vương quốc Anh cũng là một trung tâm nổi tiếng về công nghệ hóa học xanh, trung tâm này được tiếp sức bởi những nguồn lực của các thành viên là các trường đại học, viện nghiên cứu và các ngành công nghiệp để thúc đẩy ngành công nghiệp hóa chất bền vững và chi phí thấp. Ba tổ chức quan trọng của chương trình đối tác này là Tổ chức kỹ sư hóa chất, Hội Hóa học Hoàng gia, và Hiệp hội các ngành công nghiệp hóa chất. 10 tập đoàn và tổ chức công nghệ liên kết và 18 trường đại học khác cũng tham gia vào chương trình đối tác này.
Ở Nhật Bản, Mạng lưới Hóa học xanh và bền vững GSCN (http://www.gscn.net/indexE.html) cũng thúc đẩy nghiên cứu và phát triển hóa học xanh và bền vững thông qua hợp tác, trong đó có những hoạt động quốc tế, trao đổi thông tin, truyền thông, giáo dục, và đề xuất xin tài trợ của các cơ quan tài chính. Các thành viên của mạng lưới này bao gồm 24 hội, hiệp hội và tổ chức công nghiệp lớn.
Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info
Nguồn: Website ĐSQ Hoa Kỳ
