§ 53. Охрана окружающей среды от вредного воздействия химических веществ. «Зелёная химия»
Предотвращение загрязнений окружающей среды
Химики, разделяя тревогу человечества за ухудшение состояния окружающей среды, выработали новую стратегию организации химических производств, которая получила название «зелёная химия».
«Зелёная химия» — это стратегия производства и применения химических продуктов и процессов, предусматривающая уменьшение или исключение использования и образования вредных веществ.
Рассмотрим, как в рамках «зелёной химии» предлагается решать экологические проблемы.
1. Чтобы избежать попадания химических веществ в окружающую среду и снизить потери природных ресурсов, требуется разрабатывать химические процессы, которые исключают образование побочных продуктов. Например, в известном вам традиционном лабораторном методе синтеза хлороводорода по реакции
NaCl(тв) + H2SO4(конц) = HCl↑ + NaHSO4
теоретически только 2 из 9 атомов реагентов входят в состав нужного продукта. Так называемая атомная эффективность этого процесса составляет 22 %.
На ОАО «Беларуськалий» хлороводород получают прямым взаимодействием хлора и водорода, при этом все атомы реагентов входят в состав продукта:
H2 + Cl2 = 2HCl.
Значит, эффективность процесса составляет 100 %.
2. Необходимо использовать технологические процессы, в которых как исходные вещества, так и продукты или отходы не наносят вреда окружающей среде и персоналу предприятий. Например, отбеливание целлюлозы хлором при производстве бумаги приводит к образованию и поступлению в окружающую среду токсичных веществ — диоксинов. Чтобы этого избежать, предпочтительнее проводить отбеливание целлюлозы пероксидом водорода, который не представляет такой опасности. При попадании в окружающую среду он быстро разлагается:
2Н2О2 = 2Н2О + О2↑.
Известно о вреде, который наносят всему живому выброшенные полимерные упаковки, пакеты, бутыли из пластика. Однако полный переход на бумажную упаковку приведёт к необходимости увеличения производства бумаги, а следовательно, дополнительной вырубке лесов. Поэтому предлагается перейти на изготовление упаковочного материала из биоразлагаемых материалов, произведённых, например, из молочной кислоты или производных целлюлозы. Для изготовления бутылок лучше использовать стекло, которое можно использовать повторно либо переплавлять и получать новые изделия.
3. Большинство химико-технологических процессов протекает в растворах. Использованные водные или неводные растворители с содержащимися в них примесями должны проходить процесс очистки. Это дорогостоящий процесс. К тому же полной очистки, как правило, не происходит. Растворители с содержащимися в них опасными химическими реагентами в виде сточных вод сбрасываются в реки. Выходом из этой ситуации является отказ от использования растворителей или выбор таких, которые не загрязняют окружающую среду.
Например, в качестве растворителя предлагают использовать углекислый газ, сжатый до состояния, при котором он приближается по плотности к жидкости. Такой растворитель уже сегодня используют для экстракции кофеина из кофейных зёрен, эфирных масел из растений и в некоторых других химических реакциях. После проведения экстракции раствор достаточно нагреть и весь СО2 испарится.
4. Чтобы предотвратить истощение природных ресурсов, необходимо создавать производства или осуществлять процессы, в которых используются возобновляемые виды сырья — растительные масла, целлюлоза, бытовой мусор, углекислый газ.
Такой подход лежит в основе получения метиловых эфиров жирных кислот — биотоплива из рапсового масла.
Химики работают над созданием материалов для солнечных батарей, которые преобразуют неисчерпаемую энергию Солнца в электрическую (рис. 131).
5. Уменьшить попадание выхлопных газов автомобилей в атмосферу и снизить парниковый эффект можно путём замены двигателей внутреннего сгорания углеводородов на электродвигатели. Для этого химики работают над созданием новых химических источников тока, в частности, над разработкой эффективных топливных элементов, преобразующих энергию беспламенного окисления водорода кислородом в электрическую.
Большой шаг в снижении степени загрязнения атмосферы — применение автомобильных катализаторов — устройств в выхлопной системе автомобиля. Они предназначены для снижения токсичных выбросов в атмосферу путём восстановления оксидов азота и окисления угарного газа, а также недогоревших углеводородов.
В настоящее время для устойчивого развития цивилизации человечество должно направлять свою деятельность не только на устранение вредных последствий, но и на предотвращение их появления, действовать по принципу «не навреди себе, обществу, природе». Такая деятельность возможна в условиях развития химической науки, разработки на её основе ресурсо-, энергосберегающих и экологически безвредных технологий, новых материалов и веществ.