Công nghiệp hóa chất có lẽ là ngành đầu bảng gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, loài người không thể sống thiếu nó. Không có công nghiệp hóa chất nghĩa là không thuốc men, không giấy mực, không xăng dầu, không xe cộ, không cả computer và mọi thiết bị điện tử – không phải chỉ vì các vỏ nhựa rất hóa học của chúng mà vì bản chất công nghiệp bán dẫn, chip, board mạch là công nghiệp hóa chất. Nghĩa là không… hầu như mọi thứ! Chỉ có thể trở lại thời kỳ tiền sử, sống trong hang động nhờ săn bắt muông thú. Cũng có người chép miệng, ước gì được như vậy, giống như mong ước được lên… thiên đường. Tiếc rằng đó chỉ là ảo vọng. Loài người phải tìm kiếm những giải pháp để các công nghệ hóa học sạch hơn, an toàn hơn, thân thiện môi trường hơn, hay người ta gọi là “xanh hóa” những công nghệ hóa học.
Hóa học xanh, đã được cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ EPA đề xướng trên mười hai nguyên tắc căn bản do Paul Anastas và John Warner của đại học Massachusetts đề xuất năm 1998.
Theo EPA, từ khi áp dụng hóa học xanh vào các qui trình sản xuất, trung bình hàng năm, Mỹ đã loại bỏ 800.000 tấn hóa chất, 430.000 tấn CO2 thải vào không khí, 19 triệu tấn phế thải độc hại, giảm 2.460 triệu lít dung môi hữu cơ; 522 tỷ lít nước dùng trong việc sản xuất các kỹ nghệ dệt, phim ảnh, chất bán dẫn…
Các phương pháp hóa học xanh
Có nhiều phương pháp để “xanh hóa” những công nghệ hóa học. Những phương pháp này có thể thực hiện riêng lẻ hay phối hợp trong các qui trình của công nghệ hóa học, nhằm mục tiêu làm tăng hiệu suất và giảm lượng thải độc hại.
• Xúc tác xanh
Xúc tác có vai trò rất quan trọng trong công nghệ hóa học và thường được xem là “vũ khí bí mật” của các công ty hóa chất. Tuy nhiên, chất xúc tác hóa học thường là những kim loại rất độc hại và là nguồn chất thải rất khó xử lý. Trong hóa học xanh, xúc tác sinh học được xem là một xúc tác quan trọng nhất vì tính chất tuyệt đối “xanh” của nó.
Cortison là một hormon dùng trong dược phẩm, có nhiều tác dụng như kháng viêm, chống dị ứng, chống mẫn cảm, chống choáng và chống ngộ độc. Tổng hợp được cortison là một bước ngoặt của ngành công nghiệp dược. Tuy nhiên, tổng hợp cortison phải qua 31 bước phức tạp và không kinh tế (1kg cortison cần đến 615kg acid deoxycolic) đẩy giá thuốc lên cao. Dùng xúc tác vi sinh vật vào qui trình sản xuất cortison làm tăng hiệu suất, làm giảm giá cortison từ 200 USD/g xuống còn 6 USD/g và sau một số cải tiến chỉ còn dưới 1 USD/g.
• Dung môi xanh
“Dung môi tốt nhất là không dung môi”! Thay vì dùng các loại dung môi độc hại, các nhà sản xuất thay thế bằng những dung môi cực kỳ rẻ tiền và sẵn có trong cuộc sống như nước, CO2… Chuyển chúng thành một trạng thái siêu tới hạn, chúng ta đã có một loại dung môi xanh (siêu tới hạn là trạng thái trung gian của khí và lỏng). Dùng nước siêu tới hạn trong sản xuất nhựa PET làm dung môi thì toàn bộ các hóa chất như p-xylen, acid terephtalic có thể được hòa tan, không có sản phẩm thải và không gây hại cho môi trường. Phân xưởng sản xuất CO2 siêu tới hạn công suất 1000 tấn/năm đã được đưa vào vận hành tại Consett, Anh.
Ở Việt Nam, các cán bộ nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hóa học TP. HCM đã bước đầu thành công trong “Nghiên cứu quy trình công nghệ chiết xuất tinh dầu tiêu, quế, trầm bằng CO2 lỏng siêu tới hạn”, với những thiết bị tự thiết kế và chế tạo có dung tích 2 lít, giá thành khoảng 150 triệu đồng. Trong khi đó, giá thiết bị ngoại nhập xấp xỉ 100 nghìn USD.
• Phương pháp vi sóng–siêu âm
Hóa học xanh ứng dụng siêu âm-vi sóng đóng vai trò quan trọng trong các quy trình hóa học. Chiếu xạ vi sóng-siêu âm làm tăng hiệu suất phản ứng và rút ngắn thời gian, giảm sử dụng năng lượng tiêu tốn và không thải các khí độc hại. Để xác định hàm lượng N trong mẫu sữa bò, phương pháp Kieldahl cổ điển phải mất 180 phút trong khi phương pháp siêu âm-vi sóng chỉ mất 10 phút.
• Vi bình phản ứng (micro reactor)
“Vi bình phản ứng – phòng thí nghiệm trên chip” là những hệ thống phản ứng hóa học ở quy mô cực nhỏ nhưng hiệu quả cao. Nhờ vi bình phản ứng có thể tổng hợp số lượng lớn các dược phẩm mới trong một thời gian ngắn để tiến hành các phân tích thử hoạt tính sinh học. Phản ứng tổng hợp dipeptid được thực hiện trong vi bình phản ứng, hiệu suất 100% chỉ trong 20 phút (quy trình thông thường là 50% trong 24 giờ).
Từ những qui trình xanh…
Pfizer là một trong những hãng dược phẩm hàng đầu thế giới hưởng ứng trong trào hóa học xanh. Hãng đã đạt giải thưởng cho công nghệ hóa học xanh của Anh năm 2003 về cải tiến qui trình sản xuất sildenafil citrat (được biết đến dưới tên thương mại Viagra) theo tiêu chí hóa học xanh. Hiệu suất của quy trình tăng gần 10 lần, từ hiệu suất ban đầu khoảng 9,8% (năm 1990) đạt đến hiệu suất 82% (năm 2004). Lượng dung môi thải ra để tạo ra 1kg sildenafil citrat giảm gần 200 lần, từ 1.300 lít chỉ còn 7 lít dung môi. Chỉ số môi trường E của qui trình xanh trong sản xuất Viagra là 6 (6kg chất thải/1kg sản phẩm), so với E bình thường của kỹ nghệ hóa dược là từ 25-100.
Những tiêu chí của hóa học xanh cũng được áp dụng vào công nghệ sinh học. Các phương pháp công nghệ sinh học chiếm 5% thị trường công nghiệp hóa học năm 2003 và dự báo chiếm 10-20% năm 2010. Năm 1990, hãng BASF bắt đầu sản xuất vitamin B2 bằng cách sử dụng nấm Ashbya gossypii. Qui trình này áp dụng chất nền xanh không độc hại có nguồn gốc thực vật giúp sản xuất B2 chỉ còn một giai đoạn, chứ không phải tám giai đoạn như trước. Với hơn 1.000 tấn vitamin B2 mỗi năm, phương pháp xanh đã tiết kiệm được 40% chi phí sản xuất, giảm được 30% khí CO2 thoát ra và giảm được 96% chất cặn bã.
… đến giải Nobel hóa học
Ngày 05/10/2005, Ủy ban Giải thưởng Nobel tại Stockholm (Thụy Điển) công bố giải thưởng Nobel hóa học thuộc về 3 nhà khoa học Yves Chauvin (Pháp), Robert H. Grubbs (Mỹ) và Richard R. Schrock (Mỹ) vì những đóng góp trong “Sự phát triển phương pháp hoán vị trong tổng hợp hữu cơ”.
Công trình của 3 nhà khoa học với những xúc tác hiệu quả trong phương pháp hoán vị có nhiều ưu điểm như hiệu suất tổng hợp cao, phản ứng ít giai đoạn, ít hóa chất, dễ sử dụng ở nhiệt độ và áp suất thường… Công trình này đã được ứng dụng trong sản xuất chất phụ gia cho polymer, thuốc diệt cỏ và nghiên cứu về bệnh ung thư, viêm khớp, chứng đau nửa đầu và HIV.
Hội đồng trao giải cho biết “Phương pháp này được sử dụng hằng ngày trong ngành công nghiệp hoá học, chủ yếu trong công nghệ chất dẻo và dược phẩm. Nó đại diện cho một bước tiến lớn hướng tới hóa học xanh, giảm thiểu chất thải độc hại bằng quy trình sản xuất thông minh hơn”.
Giải Nobel hóa học xanh của ba nhà khoa học chính là một minh chứng cho con đường phát triển mạnh mẽ và những thành tựu của hóa học xanh đã được thế giới ghi nhận.
Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info
Nguồn:CESTI
