Biocombustibilii2

Bibliografie:

[1]. Chirilă, N., Chimia: curs, [NUME_REDACTAT] „[NUME_REDACTAT]” [NUME_REDACTAT], 1998

[2]. Chirilă, N., CHIMIE Lucrări de laborator, [NUME_REDACTAT] “[NUME_REDACTAT]’’ [NUME_REDACTAT], 1998.

[3]. Demirbass, A., [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Facilities, Springer, London, 2010.

[4]. Demirbass, A., Biofuels- Securing the Planet’s [NUME_REDACTAT] Needs, Springer, London, 2009.

[5]. [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT], Uleiurile vegetale crude ca sursă energetică, care, utilizate în fermele agricole reduc emisiile de gaze, [NUME_REDACTAT] nr.12/2008.

[6]. Găgeanu P., Extragerea uleiului din semințele de rapiță și purificarea acestuia, INMA Bucuresti, 2012.

[7]. Găgeanu P. și colectiv, Studiu tehnologic privind extragerea uleiurilor vegetale în vederea obținerii combustibilului tip “biodiesel”, INMA București, decembrie 2007.

[8]. Hartman E., A promising [NUME_REDACTAT] : [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], 2008.

[9]. Kojima M., Mitchell D., Ward W., [NUME_REDACTAT] Policies for [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Program (ESMAP [NUME_REDACTAT]), Washington,D.C., 2007.

[10]. [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], Scridon. S., Inventarierea celor patru tipuri de biocombustibili, Universitatea de [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT] Cluj-Napoca, 2011.

[11]. Soetaert, W., Vandamme, E., Biofuels, Willey A [NUME_REDACTAT] and Sons, Ltd., Publication , Belgium, 2009.

[12]. Wuebbles, D.J., Jain, A.K., Concerns about climate change and the role of fossil fuel use, University of Illionois, 2001.

[13]. Yusuf, C., Biodiesel from microalgae. [NUME_REDACTAT],Institute of Technology and Engineering.[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], 2007.

[14]. ***Hotararea 1844/2005 privind promovarea utilizării biocombustibililor și a altor carburanti regenerabili pentru transport.

[15]. *** Orientari privind securitatea energetica a Romaniei, [NUME_REDACTAT] 2, Bucuresti, 2008.

[16]. *** Planul de actiune pentru bioenergie/ biomasa al [NUME_REDACTAT] 2014-2020, Bucuresti.

[17]. *** [NUME_REDACTAT] de Actiune in [NUME_REDACTAT] din [NUME_REDACTAT] (PNAER), Bucuresti, 2010.

[17]. ***Politici climatice: Comisia propune ratificarea celei de a doua etape a Protocolului de la Kyoto, Comunicat de presă, Bruxelles, 6 noiembrie 2013.

[18]. ***Schimbări climatice- Raport privind starea mediului 2011, [NUME_REDACTAT] pentru [NUME_REDACTAT] Galați, Galați, 2011.

[19]. *** UN Biofuels report ESA, [NUME_REDACTAT], December 13, 2008.

[20]. http://www.biocombustibil-tm.ro/

[21]. http://www.biofuels.dbioro.eu/

[22]. http://www.energiialternative.net/

[23]. http://www.pd41.actepublice.ro/

[24]. http://www.wikipwdia.org/

Cuprins

CAPITOLUL 1. NOȚIUNI INTRODUCTIVE PRIVIND BIOCOMBUSTIBILII

Necesitatea obtinerii biocombustibililor la nivel mondial

Combustibili fosili vs BioCombustibili

Impactul biocombustibililor

Impactul economic

Impactul asupra mediului

Protocolul de la Kyoto.[NUME_REDACTAT] cu efect de sera

Nocivitatea emisiilor

Sectoare/ categorii de resurse

Comercializarea certificatelor de emisii de gaze cu efect de sera in [NUME_REDACTAT] energetica a Romaniei 2007-2020

Standardul SR EN 14214

CAPITOLUL 2. BIOCOMBUSTIBILII ȘI DEPOLUAREA

Tipuri de biocombustibili

Biocombustibili de generatia I

Biocombustibili de generatia II

Biocombustibili de generatia III

Biocombustibili de generatia IV

Biocombustibili solizi/lichizi

Avantaje si dezavantaje ale biocombustibililor

CAPITOLUL 3. TEHNICI DE OBȚINERE A BIOCOMBUSTIBILILOR

Biomasa, materie prima pentru biocombustibili

Procesarea biomasei

Tehnologii de obtinere a biodieselului

CAPITOLUL 4. OBȚINEREA DE BIODIESEL PRIN TRANSESTERIFICAREA TRIGLICERIDELOR ÎN MEDIU BAZIC PE INSTALAȚIA EXPERIMENTALĂ.

Obtinerea uleiului vegetal crud

Reactia de transesterificare

Reactia de titrare

Instalatia experimentala

Vasul principal

Vasul secundar

Cadrul de baza

Rezistenta electrica

Sistemul de amestecare

Sistemul electric

[NUME_REDACTAT] unei sarje

Analize de laborator

Determinarea densității

Determinarea vâscozității

Determinarea punctului de inflamabilitat

CAPITOLUL I

PRINCIPIILE POLITICII EUROPENE DE MEDIU

Preocuparea politicienilor europeni în legătură cu protecția calității mediului a început în anii 1970. Mai bine de 20 de ani mai târziu, Tratatul de la Maastricht, intrat în vigoare în 1 noiembrie 1993 impune politica de mediu ca prioritate a activității [NUME_REDACTAT].

[NUME_REDACTAT] Europene în acest domeniu s-a îmbunătățit continuu. La început au fost implementate câteva măsuri minimale de protecție a mediului, iar apoi s-a trecut la o asumare sporită a problemelor de mediu, [NUME_REDACTAT] devenind un promotor global al dezvoltării durabile.

Conceptul de dezvoltare durabilă a fost dezvoltat prin contribuția [NUME_REDACTAT]

asupra Mediului și Dezvoltării ([NUME_REDACTAT]) din 1987 și înseamnă, în esență: „a răspunde nevoilor actuale fără a compromite șansa generațiilor viitoare de a-și satisface propriile lor nevoi”. [NUME_REDACTAT] Unite asupra Mediului și Dezvoltării (CNUED) de la [NUME_REDACTAT] Janeiro (1992), împreună cu Tratatul de la Maastricht, au promovat o abordare integrată a protecției mediului punând în acord obiectivele de mediu cu cele sociale și economice, în toate politicile europene.

Principalele obiective ale politicii europene în domeniul mediului sunt:

conservarea, protecția și îmbunătățirea calității mediului;

protecția sănătății umane;

utilizarea prudentă și rațională a resurselor naturale;

promovarea de măsuri la nivel internațional în vederea tratării problemelor regionale și globale de mediu.

Principiile ce stau la baza elaborării politicii europene de mediu sunt cele cuprinse în [NUME_REDACTAT] privind responsabilitatea la nivelul mediului, întocmită în anul 2000, și anume:

principiul responsabilității (numit și „poluatorul plătește”) are în vedere suportarea de către poluator a cheltuielilor legate de măsurile de combatere a poluării stabilite de autoritățile publice; principiul asigură internalizarea costurilor de mediu (de poluare) la nivelul agenților economici;

principiul acțiunii preventive: se bazează pe regula generală că „este mai bine să previi decât să combați”; aplicarea principiului presupune ca orice decizie de producție sau legată de noi proiecte de investiții să se raporteze la impactul de mediu anticipat;

principiul precauției: presupune că, în absența unei certitudini cu privire la relația cauză-efect între o acțiune și impactul asupra mediului, dacă o evaluare științifică oferă suficiente argumente privind un posibil impact negativ pentru mediu sau sănătate, trebuiesc luate măsuri de siguranță; în aplicarea acestui principiu și a celui anterior, un rol esențial revine asumării responsabilității sociale de către agenții economici publici și privați;

principiul corecției, cu prioritate la sursă, constând în obligația poluatorilor de a lua măsurile necesare pentru înlăturarea efectelor poluării;

principiul proximității: are drept scop încurajarea comunităților locale în asumarea responsabilităților pentru deșeurile și poluarea produsă; principiul are la bază ideea că în protecția mediului responsabilitatea primară revine nivelelor inferioare de decizie;

principiul protecției ridicate a mediului: prevede ca politica de mediu a UE să

urmărească atingerea unui nivel înalt de protecție (acțiunea Comunității trebuie să asigure eficiența politicilor de mediu în spațiul european și nu numai);

principiul integrării: presupune ca obiectivele de mediu să fie luate în considerare în elaborarea și aplicarea tuturor politicilor europene care au un impact asupra mediului.

1.1.Politica industrială a U.E.

Prin politică industrială înțelegem ansamblul acțiunilor inițiate și conduse de un guvern sau uniune de guverne pentru ameliorarea competitivității industriei țării sau comunității respective.

Discuțiile privind politicile industriale nu sunt noi, dar nu au fost constante de la începuturile construcției [NUME_REDACTAT]. Comunitatea europeană a cărbunelui și oțelului, înființată în 1952 de către Franța, Germania, Italia și Benelux era de fapt o formă a unei politici industriale. În anii 50-70 prețurile și cantitățile de cărbune și oțel erau fixate în cadrul comunității, care avea un rol protecționist, industriile fiind subvenționate și protejate prin mijloace vamale împotriva concurenței. În anii 80 se schimbă discursul politic pe această temă, liberalizându-se. Comunitatea permite pătrunderea materiilor prime din alte zone decât cele comunitare, mai ieftine. Ajutoarele de stat direcționate spre industria grea, în special din nord-vestul Europei încetează ceea ce duce la periclitarea sectoarelor și constituie începutul delocalizării industriale.

Industria rămâne o componentă determinantă a economiei europene. Industria prelucrătoare asigură 20% din producția totală a Uniunii și 75% din exporturi. Această industrie are și rolul de a antrena în dezvoltare piața serviciilor, utilizate mult de industrie și care totodată beneficiază de inovația și progresele aduse de sectorul industrial. Ca urmare a acestor realități [NUME_REDACTAT] a pus bazele unei politici industriale comunitare, bazate pe inovație, creșterea competitivității, dezvoltarea cercetării și o mai bună comunicare.

În cadrul întâlnirii de la Lisabona, din martie 2000, [NUME_REDACTAT] a hotărât să fixeze ca obiectiv majoritar al politicii sale transformarea [NUME_REDACTAT] în cea mai competitivă și dinamică economie mondială, până în anul 2010. Progresele făcute pe acest drum au fost însă slabe, iar criza mondială a încetinit mult ambițiosul proiect.

Între 2003 și 2005 Comisia publică 3 comunicate privind politica industrială care prezintă situația competitivității industriei europene, situația dezindustrializării și impactul avut de lărgirea comunității cu 12 noi membri.

Astăzi, după criza economică și pusă în fața concurenței internaționale făcute de produse subvenționate din state necomunitare, Europa își pune imperativ problema reindustrializării. Într-un comunicat din octombrie 2010 [NUME_REDACTAT] estimează că 1 loc de muncă din 4 se găsește în industria prelucrătoare și că cel puțin un loc de muncă din patru, în sectorul serviciilor este creat de aceasta. În cadrul Strategiei europene 2020 Comisia își formulează astfel obiectivele:

stimularea creșterii și creării de activități menținând și susținând în Europa o bază industrială puternică, diversificată și concurențială care să ofere locuri de muncă bine plătite, și care să emită cât mai puțin carbon.

Europa trebuie să facă din piața unică un spațiu atractiv pentru întreprinderile industriale. Trebuie avută în vedere buna funcționare a industriilor strategice cum ar fi: industria de apărare, industria aerospațială, biotehnologiile, ingineria mecanică și industria chimică. O atenție susținută trebuie acordată și industriei construcțiilor mecanice, construcției de automobile, industriei farmaceutice.

Susținerea industriei europene presupune câteva acțiuni:

1. O reglementare mai simplificată pentru a nu avea un impact negativ, în special asupra întreprinderilor mici și mijlocii;

2. Un program de protecția a proprietății intelectuale și luptă împotriva mărfurilor contrafăcute, prin introducerea unui brevet unic european, proiect amânat în ultimii 10 ani.;

3. Integrarea provocărilor energetice și climatice pentru o dezvoltare durabilă a industriilor europene;

4. Dezvoltarea competitivității specifice și integrate prin susținerea inovării și cercetării, făcând apel și la subvenții și cofinanțări;

5. Un efort de armonizare a normelor tehnice și aliniere a acestora la standardele internaționale pentru a spori competitivitatea întreprinderilor europene;

6. Finanțare mai accesibilă pentru întreprinderile mici și mijlocii pentru a ajuta la inernaționalizarea lor;

7. Dezvoltarea rețelelor de transport, energie și comunicații și dezvoltarea unei strategii de securizare a aprovizionării cu materii prime;

8. O analiză comparativă (benchmarking) a statelor membre, în ce privește competitivitatea lor industrială.

1.2. Strategia europeană (2020) pentru o creștere inteligentă, durabilă și inclusivă

Pentru o creștere inteligentă strategia propune ca statele Uniunii să devină mai performante în domeniul:

Educației – prin încurajarea cetățenilor pentru formare, urmare de studii și ameliorarea competențelor. Pentru aceasta se urmărește scăderea abandonului școlar la mai puțin de 10% și creșterea la 40% a populației aflate între 30 și 35 de ani, care are o diplomă de învățământ superior.

Cercetării și inovării. Pentru aceasta, 3% din PIB Uniunii va fi alocat cercetării și întăririi politicilor ce favorizează inovarea.

Societății numerice – prin introducerea internetului de mare viteză și asigurarea interoperabilității aplicațiilor.

Creșterea inclusivă constă în :

Creșterea gradului de ocupare în câmpul muncii a tuturor cetățenilor, în special a femeilor, tinerilor, persoanelor în vârstă, persoanelor slab calificate și imigranților legali. Uniunea își propune să asigure locuri de muncă pentru 75% dintre bărbații și femeile cu vârste cuprinse între 20 și 64 de ani.

Sprijinirea persoanelor de orice vârstă pentru a anticipa și administra eventualele schimbări, investind în formare și dobândire de competențe.

Modernizarea piețelor muncii și sistemelor de protecție socială.

Garantarea respectării drepturilor fundamentale pentru persoanele aflate în sărăcie sau stare de excluziune și permisiunea de a trăi în demnitate și de a lua parte activ în viața societății

Creșterea durabilă constă în:

O economie mai competitivă care emite mai puți dioxid de carbon și exploatează resursele optim și durabil;

Protejarea mediul, reducerea emisiile și prevenirea sărăcirii biodiversității;

Luarea în considerare a avantajului Europei în materie de tehnologii și metode de producție ecologice, mai ales în fața Chinei și SUA.;

Punerea în operă a unor rețele electrice eficace și inteligente, și acordarea unor avantaje competitive suplimentare întreprinderilor din UE și mai ales IMM-urilor,

Ameliorarea cadrului legislativ,

Ajutarea consumatorilor pentru ca aceștia să facă propriile elgeri, în deplină cunoaștere.

[NUME_REDACTAT] Europene în domeniul dezvoltării durabile sunt concrete și punctuale:

Reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră cu 20% până în 2020, față de anul 1990. Uniunea este gata să reducă aceste emisii cu 30% dacă celelalte state industrializate se angajează la acest fort în cadrul unui vast angajament mondial.

Creșterea proporției de utilizare a energiilor neconvenționale la 20%. Dependența de petrol, gaze și cărbune expune întreprinderile la creșterea prețurilor, favorizează schimbările climatice, poate duce chiar și la pierderea securității economice. Implementarea de tehnologii noi pentru obținerea de energie va favoriza și creștere numărului de noi locuri de muncă.

Creșterea eficienței energetice cu 30%, ceea ce duce la creșterea BIB al Uniunii.

Pentru a pune în operă politica în domeniul dezvoltării durabile [NUME_REDACTAT] a prezentat două inițiative emblematice. Prima se referă la eficacitatea țărilor Uniunii în utilizarea resurselor, iar cea de a doua la politica industrială care trebuie să ajute întreprinderile să depășească criza economică și să se adapteze mi bine la cerințele mondializării.

Industria secolului XXI trebuie să fie subscrisă ideii de ecodezvoltare . În acest sens trebuie favorizate acele tehnologii care pot să asigure recircularea unor materii și să reducă risipa, care pot folosi o cantitate mai mică de energie și care trimit în mediu mai puțin dioxid de carbon. Politicile industriale trebuie să favorizeze relocarea activităților, să nu pună un accent prea important pe extracția excesivă a resurselor naturale, să vegheze la impactul activităților asupra mediului și să asigure în plan social și sanitar o bună calitate a vieții lucrătorilor din industrie. Eforturile trebuie îndreptate spre:

– dezvoltarea energiilor regenerabile,

– creșterea eficacității energetice,

– reciclarea deșeurilor,

– dezvoltarea chimiei verzi.

CAPITOLUL II

INDUSTRIA CHIMICĂ – FURNIZOAREA UNOR RĂSPUNSURI LA PROBLEMELE PLANETEI

De-a lungul secolului XX, chimia a adus schimbări majore în modul de viață al omenirii. Cele mai mari beneficii aduse de chimie și percepute de populație sunt cele din industria farmaceutică (cum ar fi de exemplu: obținerea calmantelor, antibioticelor). Este dificil de găsit un aspect al vieții moderne asupra căruia industria chimică să nu-și fi pus amprenta, plecând de la:

transporturi (obținerea benzinei și motorinei din țiței, obținerea aditivilor care se adaugă combustibililor pentru a crește eficiența și a reduce emisiile de gaze toxice, a convertorilor catalitici, a materialelor plastice ce reduc greutatea autovehiculelor și îmbunătățesc eficiența energetică),

industria textilă (obținerea coloranților, a fibrelor sintetice, a fibrelor rezistente la apă),

sportul (obținerea materialelor compozite utilizate la fabricarea rachetelor de tenis și nu numai),

industria alimentară (obținerea agenților frigorifici, a materialelor utilizate la ambalat, a containerelor, aditivilor alimentari),

medicină (obținerea de anestezice, medicamente anticanceroase, vaccinuri, dezinfectanți, contraceptive, lentile de contact, materiale dentare),

agricultură (obținerea îngrășămintelor, pesticidelor),

birouri (toner pentru fotocopiat, cerneluri, displayuri cu cristale lichide, obiecte din mase plastice, hârtie),

activități casnice și de timp liber (detergenți, vopseluri, casete video și audio, CD-uri, materiale plastice pentru TV-uri și telefoane mobile, materiale și coloranți pentru covoare, perdele) .

Cu toate acestea, în multe țări industria chimică este percepută ca având mai multe efecte negative decât pozitive. Nu însă în mod neapărat tot ceea ce este natural este inofensiv și ceea ce este artificial este nociv mediului sau organismelor vii.

Industria chimică joacă un rol esențial în dezvoltarea unor tehnologii de obținere a materialelor biodegradabile (materiale plastice, detergenți, etc.), a materialelor compozite ușoare care micșorează masa automobilelor și avioanelor, implicit și consumul de carburant, obținerea unor materiale termoizolatoare cu calități superioare ce economisesc energie pentru încălzirea spațiilor publice și locuințelor. Electrochimia pune la dispoziția cercetătorilor metodele sale pentru obținerea de acumulatori și alte surse ecologice de producere a energiei electrice,etc. Reciclarea și valorificarea deșeurilor, depoluarea apelor și solurilor fac apel de asemenea la metode de natură chimică.

Provocarea secolului XXI este obținerea unor produse chimice, produse care să fie benefice pentru populație, limitând în același timp efectele negative asupra mediului înconjurător și nu în ultimul rând asupra sănătății populației [Lancaster, 2002].

Sectorul chimic joacă un rol considerabil în ansamblul economiei europene. În anul 2010 el reprezenta 30% din producția chimică mondială, dădea de lucru la 1,2 milioane de oameni și genera 537 miliarde de euro.

Pentru industria chimică sunt specifice următoarele trăsături:

Produce un vast sortiment de mărfuri, care depășește cifra de 1 milion.

Aproximativ 50% din nomenclatura contemporană a produselor industriei chimice a fost elaborată în a doua jumătate a secolului XX, revoluția tehnico-științifică fiind foarte productivă în aeastă ramura industrială.

Este o ramură care cere mari cheltuieli pentru efectuarea cercetărilor știintifice din domeniu dar care, ca și industria electronică, asigură rapid introducerea realizărilor progresului tehnico-știintific în toate ramurile economiei și contribuie la accelerarea dezvoltării forțelor de producție.

Este o ramură, care în dezvoltarea ei, n-a cunoscut perioade de criză. La fiecare 10-15 ani industria chimică își dublează volumul de producție. Ritmul de creștere în a doua jumătate a secolului XX a oscilat de la 1,8 – 1,9% în Germania și Italia, până la 5,4 -6,3% în SUA și Japonia.

Are un înalt nivel de concentrare a producției, statele dezvoltate fabricând peste 50% din producția chimică globală (SUA – 20%, Japonia – 15%).

Are un înalt nivel de monopolizare. Cele mai mari companii transnaționale sunt: „[NUME_REDACTAT] de Nemours", „[NUME_REDACTAT]" (SUA), „ BASF", „Bayer", „Hoechst" (Germania), „[NUME_REDACTAT] Ind." (M. Britanie,), „Rhone – Poulenc" (Franta), „[NUME_REDACTAT] Ind. " (Japonia).

Repartizarea teritorială a industriei chimice depinde de un șir de particularități ale acestei ramuri conform cărora întreprinderile chimice :

 cer multe cheltuieli de energie, mai ales dacă este vorba despre producerea polimerilor, despre sinteza organică, etc. (la producerea unei tone de fibre sintetice se cheltuiesc 8-11 mii kWh și 16-19 t de combustibil convențional),

consumă 15-20% din volumul total de energie electrică produsă în lume,

cer un consum sporit de apă, care se consumă fie în procesele tehnologice fie  la răcirea instalațiilor (la producerea unei tone de fibre sintetice se consumă circa 6 mii m3 de apă, adică de 25 ori mai mult decât la topirea unei tone de fontă),

 cer mari investiții de capital,

 utilizează mari cantități de materie primă (la producerea unei tone de îngrășăminte de potasiu sunt necesare 2 tone de sare de potasiu),

 cer să fie amplasate, în cele mai dese cazuri, în regiunile de consum,

 pot aduce prejudicii echilibrului ecologic din regiune.

Industria chimică suferă în ultimii ani de o problemă de imagine legată de opinia publică în ceea ce privește securitatea și efectele substanțelor asupra mediului și sănătății publice. Ȋn conformitate cu aprecierile făcute de agenția OEKOM RESEARCH, din 101 ȋntreprinderi chimice mondiale, doar 21% au îndeplinit condițiile pentru a fi incluse în universul Oekom al intreprinderior responsabile și doar 4,9% respectă exigențele fixate de agenție în ceea ce privește managementul durabil. Pe o scară a evaluării de la A+ la D-, industria chimică a obținut media C. În fruntea listei ȋntreprinderilor chimice responsabile se află Linde (Allemagne, gaz industrial), [NUME_REDACTAT] (vopsele, Pays-Bas) și BASF .

Pentru a realiza evaluarea, agenția Oekom, cu sediul la Munchen, una dintre cele mai credibile din lume, a luat în considerare patru aspecte importante, ținând cont de specificitatea domeniului:

Impactul sanitar și de mediu al moleculelor sau produsului,

Influența asupra încălzirii globale,

Politica de aprovizionare cu materii prime regenerabile,

Securitatea personalului și a sitului industrial.

În ceea ce privește securitatea personalului și gestionarea riscurilor industriale s-au făcut progrese notabile, chiar dacă există încă probleme legate de transparență, în anumite state. Progresele se datorează în special presiunii create de reglementări și de atitudinea societății, devenită conștientă de pericole după accidentele de la Bhopal și Seveso.

De asemenea s-au făcut mari progrese în ceea ce privește emisiile de gaze cu efect de seră. Dimpotrivă, ȋntreprinderile nu au rezolvat problemele legate de aprovizionarea cu materii prime regenerabile, și înlocuirea în procesul tehnologic a substanțelor ce prezintă risc.

În ceea ce privește impactul sanitar și de mediu al produsului, în Europa a fost adoptat în 2006 regulamentul REACH privind înregistrarea, evaluarea, restricționarea și autorizarea substanțelor chimice periculoase. Acesta are ca scop înregistaraea a peste 100. 000 de substanțe utilizate actualmente într-o mare varietate de produși de consum. Scopul acestui regulament este de a înlocui progresiv produsele chimice periculoase.

CAPITOLUL III

UTILIZAREA MATERIILOR PRIME CONVENȚIONALE ȘI NECONVENȚIONALE ÎN INDUSTRIA CHIMICĂ

Industria chimică este în esență o industrie a transformării materiei, de aceea accesul la materii prime (materialele inițiale care intră ȋntr-un proces tehnologic) diversificate este esențial. Materiile prime convenționale sunt din ce în ce mai puține și devine necesară înlocuirea lor. Există astăzi două căi strategice de acțiune în acest sens. Prima cale vizează utilizarea carbonului regenerabil din biomasă și agro-resurse, iar a doua cale vizează utilizarea resurselor din materiale regenerabile. Intreprinderile industriei chimice s-au angajat să introducă, până în 2017, 15% materii regenerabile în procesele lor tehnologice.

3.1. Chimizarea materiilor prime convenționale

După cum se știe cea mai mare dezvoltare a societății umane se datorează petrolului și a combustibililor fosili formați în decursul a milioane de ani și consumați în doar câteva decenii.

………..Câteva cuvinte despre asta, eventual o poză cu un combinat, o rafinărie

Rafinărie OMV [NUME_REDACTAT] producția chimică de bază se obține din:

Petrol,

Gaze naturale,

Carbuni si sisturi bituminoase,

Minereuri: asociații de minerale utile și ganga – materii prime pentru fabricarea metalelor și a produselor nemetalice.

Materii prime de origine animală și vegetală: grăsimi, lână, bumbac, lemn etc.

Biomasa: deșeuri din agricultură, industria alimentaă și a lemnului. Biomasa constituie o noua sursă de materii prime impusă de criza de resurse pentru industria chimică.

Apa, Aer

O schemă generală de prelucrare a materiilor prime în industria chimică este prezentată în figura 3.1. În figurile 3.2-3.4 sunt prezentate schemele de industrializare clasice ale petrolului, gazelor naturale și cărbunelui.

Figura 3.1 Prelucrarea….

Figura 3.2

Figura 3.3

Figura 3.4

Petrolul, gazele naturale, cărbunii și câteva produse naturale stau la baza sinetzei unor produse fără de care astăzi nu ne putem imagina viața civilizată. Acest fapt este ilustrat în figura 3.5.

Figura 3.5

3.2. Utilizarea carbonului regenerabil din biomasă. Molecule obținute din biomasă

3.2.1. Biomasa. [NUME_REDACTAT] cum se știe cea mai mare dezvoltare a societății umane se datorează petrolului și combustibililor fosili formați în decursul a milioane de ani și consumați în doar câteva decenii. Prin arderea acestora rezultă bioxidul de carbon care este emis în atmosferă. În atmosferă bioxidul de carbon este un gaz care absoarbe radiația infra roșie emisă de către pământ și în acest sens contibuie la efectul de seră. Datorită faptului că în ultima perioadă tot mai multe voci pun procesul de încălzire globală pe seama bioxidului de carbon rezultată din arderea combustibililor fosili, cumunitatea internațională a emis o serie de reglementări care vizează reducerea emisiilor de bioxid de carbon rezultat din surse antropice. În ultima perioada se pune mai mult accent pe găsirea unor combustibili alternativi care să aibă aceleași proprietăți și performanțe ca și cei obținuți din combustibilii fosili.

Dintre combustibilii alternativi cei mai des utilizați sunt cei care rezultă din biomasă. Biomasa poate fi folosită ca și sursă de energie fie ca atare sub forma unot produși derivați. Tehnologiile de valorificare a biomasei în scopuri energetice au cunoscut o dezvoltare fără precedent, ceea ce face ca biomasa să fie cea mai utilizată materie primă pentru obținerea de combustibili alternativi.

Biomasa reprezintă un ansamblu de materie organică de origine vegetală naturală sau cultivată, terestră sau marină provenită din conversia clorofiliană a energiei solare în energie chimică, include orice combustibil solid, lichid sau gazos sau orice energie electrică sau produs chimic util, derivat din materie organică, fie direct din plante, fie în mod indirect, din deșeuri industriale derivate din plante, deșeuri comerciale și urbane sau reziduuri agricole și forestiere. Biomasa este cea mai populară pentru hârtie, țesături, medicamente, substanțe chimice și combustibil.

Omul a folosit lemnul (biomasa) pentru bioenergie dar si pentru prepararea hranei și obținerea căldurii și se estimează că acesta acoperă în prezent 10 % din cererea de energie primară în Asia, Africa, [NUME_REDACTAT] și Europa. Celuloza devine în ultima vreme o materie primă bio-regenerabilă care poate rivaliza cu petrolul. S-a descopetit că celuloza se poate dizolva în lichide ionice (solvenți verzi ) și deci se poate extrage din plante și apoi se transformă în produși superiori celor obținuți din petrol.

Combustibilul din biomasă este folosit în diverse scopuri, începând cu încălzirea încăperilor până la producerea energiei electrice și a combustibililor pentru automobile.

Diferiți compuși chimici prezenți în biomasă, care conțin zaharuri, uleiuri vegetale sau lignină, pot fi utilizați drept intermediari în procesele chimice tradiționale. Biomasa cea mai abundentă este cea pe bază de lignoceluloză. Aceasta conține între 40-60 % celuloză, 20-40 % hemiceluloză și 10-25 % lignină și este urmată de alte surse precum – reziduurile culturilor agricole, ierburile, algele etc. În general plantele conțin 25 % lignină și 75% glucide (celuloză și hemiceluloză). Dacă lignina conține în mare parte compuși cu structură aromatică, celuloza și hemiceluloza conțin zaharuri care prin diverse procedee chimice, dar mai ales biochimice pot fi transformate în bio-combustibili

3.2.2Carbohidrații

Se estimează că aproximativ 1011 tone de carbohidrați, în special sub formă de lignoceluloză, cresc și se descompun în fiecare an. Lignoceluloza disponibilă în prezent ar fi suficientă pentru satisfacerea necesarului de materie primă pentru mulți ani, fiind totodată și o sursă ieftină de materie primă regenerabilă. Datorită structurii foarte complexe a lignocelulozei, aceasta este rezistentă la hidroliza enzimatică [ Arends și colaboratorii, 2007 ].

Celuloza a fost prezentă pe Terra de când au apărut copacii și plantele fiind constituentul principal al pereților celulari vegetali. Celuloza este o substanță amorfă, de culoare albă, insolubilă în apă sau în solvenți organici, este solubilă în reactivul Schweize [Cu (NH3)4] ( OH)2, este higroscopică și reține apa prin legături de hidrogen. Celuloza este o substanță organică, un polimer sau mai exact o polizaharidă care este formată din peste 3.000 de molecule de glucoză unite.

[NUME_REDACTAT] celulozei sursa : http://en.wikipedia.org/wiki/[NUME_REDACTAT] se găsește împreună cu celuloza în aproape toate plantele. Are o structură amorfă și conține lanțuri scurte, foarte ramificate de zaharuri având un grad de polimerizare cuprins între 80 și 200. Hemiceluloza aparține unui grup eterogen de polizaharide care se formează prin procese de biosinteză altele decât cele în care se formează celuloza.

Hemiceluloza poate fi folosită sub 2 forme : – sub formă polimerică,

– descompusă în zaharuri din care e compusă.

Utilizarea sa sub formă polimerică este utilă în obținerea unor bio-polimeri derivați. Pentru aceasta hemiceluloza este extrasă din biomasă și apoi supusă unor procese de eterificare sau esterificare urmate de procese de polimerizare pentru obținerea unor biopolimeri.

A doua metodă constă în descompunerea hemicelulozei în zaharurile componente prin hidroliză, urmată de utilizarea zaharurilor pentru obținerea unei game variate de compuți organici precum – etanol, acid caleic, manitol, xilitol, furfunal etc.

Fig.5.2. Structura moleculară a hemicelulozei

( sursa : http ://en.wikipedia.org/wiki/Hemicellulose

3.3.3Lignina

Lignina este un polimer fără carbohidrați, cu unități alcoolice nefermetabile și se separă de celuloză și hemiceluloză prin procedee chimice. Este un polimer termoplastic tridimensional, amorf cu un puternic caracter aromatic. Lignina este o structură condensată ce servește ca liant celular și limitează capacitatea de reținere a apei în plantă. Se oxidează ușor, reacționează la temperaturi moderate cu bazele, alcoolii și fenolii.

Lignina este utilizată pentru producere de căldură prin combustie având o putere calorică mare, sau ca hrană pentru animale. Ea poate fi folosită și ca stabilizator sau emulsifiant în industria cimentului, sau în procesul de ameliorare și humificare a solurilor. Lignina poate fi utilizată ca materie primă regenerabilă în industia chimică, poate fi transformată în hidrocarburi aromatice și derivații lor (fenol sau vanilina) [Skibar și colaboratorii ]. Rășini pe bază de lignină sunt utilizate ca rășini pentru industria mobilei, adezivi pentru plastice pe bază de amidon sau fenoplastice.

Fig. 5.3. Structura ligninei (sursa: http://fr.wikipedia.org/wiki/Lignin)

O serie de substanțe sintetizate din biomasă sunt utilizate ca materie primă pentru fabricarea de diferite produse precum :

Detergenți

biodisponibili și complet biodegradabili,

non-iritanți și non-sensibilizanți,

în sinteza acestora nu se utilizează oxidul de etilenă pentru etoxilare,

nu necesită conservare în solutii apoase,

buni agenți de spumare,

proprietăți specifice detergenților,

pot fi supuși procesului de îngroșare și cu alți agenți decât cel folosit uzual ( ([NUME_REDACTAT]).

Emulgatori

poliglicerilesteri,

orice ester al unei zaharide,

balanță scăzută hidrofilic/lipofilic, poligliceril eteri/esteri.

[NUME_REDACTAT]

poliacrilați sau agenți de îngroșare naturali.

Conservanți

pentru a se evita problemele legislative, sunt utilizate doar moleculele ce prezintă proprietăți de conservare ca o funcție secundară,

glicol, agenți de umezire cu funcție secundară de conservanți.

Substanțe emoliente

esteri primari ai acizilor grați.

Compuși volatili

etanol.

CAPITOLUL IV

BIOCOMBUSTIBILII

Reducerea rapidă a rezervelor de combustibili fosili pune societatea umană în situația de a căuta rapid surse alternative de combustibili care să aibă aceleași randamente de utilizare ca și combustibili fosili. Termenul de biocombustibili se referă la combustibilii utilizați pentru producere de electricitate, căldură și transport, dar care sunt obținuți din surse regenerabile.

Din punct de vedere al stării de agregare biocombustibilii se împart în biocombustibili solizi, reprezentați în general de biomasă, biocombustibili lichizi (bioetanol,biodisel) și biocombustibili gazoși (biogazul, higrogenul, gazul de sinteză). Pentru a se face diferența dintre utilizarea biomasei ca atare și a formelor derivate din acestea (biocombustibili lichizi și gazoși) s-a introdus termenul de biocarburanți. Cu toate acestea termenul de biocarburant este asociat adesea cu termenul de biocombustibil, făcând referire la biocarburanții obținuți din biomasă sau deșeurile provenite din diverse industrii sau agricultură.

Utilizarea biocarburanților prezintă o serie de avantaje cum sunt :

se obțin din biomasă,

sunt regenerabili,

sunt nepoluanți pentru mediu,

pot fi utilizați pentru transport,

producerea lor are la bază infrastructura deja ezistentă în industria petrolieră.

La nivel european există o serie de reglementări care creează cadrul legal și stimulează în același timp utilizarea lor.

Dintre reglementările europene amintim :

Directiva 2003/30/CE care se referă la promovarea utilizării biocarburanților (2% până în 2005 și 5,75 % până în 2010),

Directiva 98/70/EC care se referă la calitatea biocombustibililor și introduce standardul EN-1421 ca standard unitar de calitate a biocarburanților ,

Directiva 2003/93/EC prin care statele membre pot lua măsuri de detaxare a carburanților.

Tipuri de biocombustibili :

Tehnologiile de obținere a biocombustibililor s-au dezvoltat pe 4 direcții anume :

producere de bioetanol

producere de biodiesel

producere de biogaz

producerea de hidrogen.

Din punct de vedere al materiei prime utilizate și a modului de procesare, tehnologiile de oținere a biocombustibililor a cunoscut diferite stadii de dezvoltare, obținându-se 4 generații de biocombustibili.

Biocombustibili din prima generație sau convenționali sunt acei combustibili care se obțin din biomasa cu un conținut ridicat de zaharuri fermentative sau ulei, care nu necesită etape premergătoare de transformare a biomasei. Aici intră bioetanolul obținut din zahăr sau cereale, biodieselul obținut din uleiuri vegetale și biogazul obținut prin fermentarea anaerobă a biomasei umede.

Biocombustibili din a doua generație sunt acei combustibili care se obțin prin diverse procedee de prelucrare avansată a biomasei lignocelulozice. Obținerea combustibililor necesită procese de prelucrare a biomasei precum hidroliza acidă sau bazică, fermentarea, hidroliza enzimatică.

Biocombustibili din a treia generație au la bază ingineria genetică care contribuie la îmbunătățirea materiei prime prin creearea unor soiuri de plante cu un conținut scăzut de lignină sau o productivitate ridicată de ulei vegetal. De aici rezultă biocombustibili cu valoare energetică mai ridicată, iar procesul de obținere a biocombustibililor este simplificat.

În categoria combustibililor sunt combustibilii care au la bază biomasa obținută din alge. Avantajul biomasei pe bază de alge este că acestea cresc în ape reziduale sau apă de mare și necesită doar lumină și bioxid de carbon pentru a se dezvolta. Unele alge produc amidon care poate fi transformat în bioetanol, alte alge produc picături de ulei care poate fi transformat în biodiesel, iar altele consumă diverși poluanți realizând în felul acesta o detoxifiere a mediului.

Biocombustibili din a patra generație au la bază conceptul de captare și sechestrare a bioxidului de carbon, proces care dă biocarburanților din generația a patra atributul de sursă de carbon negativ pentru carburant. Această generație de biocombustibili are la bază culturi încrucișate sau modificate genetic care captează o cantitate mare de bioxid de carbon, dar în același timp au o bună eficiență în producerea de combustibili. Obținerea de biocombustibili din generația a patra este în stadiu incipient, dar rezultatele sunt promițătoare.

IV.1. Biodiesel-ul

Biodiesel-ul este un combustibil obținut din surse regenerabile cu un conținut ridicat de grăsimi, cum sunt uleiurile provenite din culturi agricole (soia, bumbac, floarea soarelui, rapiță) sau grăsimi animale.

Biodiesel-ul este o sursă de energie regenerabilă la arderea căreia nu se emit compuși cu sulf, nu crește nivelul CO2 din atmosferă, iar singurul efect negativ este emisia mai mare de NOx ce poate fi redusă prin folosire de convertori catalitici [ Helwani și colaboratorii, 2009] .

Biodiesel-ul are proprietăți similare cu ale motorinei și poate fi utilizat direct sau în amestec cu uleiul în motoarele cu combustie internă. Este ne-toxic și poate fi utilizat pentru transporturi cu mare impact pe mediu precum transportul maritim. Obținerea biodieselului din materie reciclabilă necesită o tehnologie mai costisitoare decât cea folosită pentru obținerea motorinei.

IV.2. [NUME_REDACTAT] este principalul substituent al benzinei în vehiculele de transport. El se obține prin procesul de fermentare a zaharurilor sub acțiunea unor microorganisme. Sursele de zahăr pentru bioetanol provin din culturi agricole cum sunt : – porumb, grâu, răchită, sorg, sfeclă de zahăr, trestie, dar și din biomasa lignocelulozică. Producția de etanol din materiale lignocelulozice precum reziduurile agricole, lemn, deșeuri municipale și deșeuri solide rezultate din industria hârtiei este principalul scop al tehnologiilor de obținere al biocombustibililor.

Etanolul se obține în general din industria petrochimică, dar utilizarea tot mai intensă a lui ca și combustibil a dus la dezvoltarea unor procese industriale ce utilizează materia regenerabilă ca și materie primă.

IV.3. [NUME_REDACTAT] lângă combustibilii alternativi lichizi, biogazul ocupă un rol important în producerea de energie la nivel mondial. Biogazul este un amestec de gaze combustibile (metan, hidrogen și bioxid de carbon), care se formează prin descompunerea substanțelor organice în mediul umed și fără oxigen. Formarea de gaze combustibile prin descompunerea substanțelor organice în medii cu umiditate ridicată lipsite de oxigen, este un proces care se produce în mod natural pe Terra.

Materia primă utilizată pentru producerea de biogaz este biomasa provenită din agricultură și zootehnie sau diverse reziduuri organice provenite de la tratatea apelor uzate,industria alimentară etc.

Materia organică înmagazinează energie solară convertită în energie chimică, în componentele fotosintetizate de plante, iar o cantitate apreciabilă din energie este stocată în celuloză.

Celuloza este principala componentă a materiei organice din care rezultă metanul prin bioconversie, iar în cazul produselor secundare provenite din agricultură conținutul în celuloză raportat la substanța uscată este de 35-50 %.

Principalele procese de obținere a biogazului din materie organică implică :

fermentația anaerobă la temperatura mediului ambiant,

germentașia anaerobă la temperaturi ridicate,

descompunerea anaerobă termofilă,

distilarea distructivă,

compostarea,

incinerarea,

transferul de căldură.

Dintre procesele amintite anterior, fermentația anaerobă prezintă potențialul cel mai ridicat de recuperare a energiei, astfel prin fermentație anaerobă microorganismele descompun materia organică, într-o serie de metaboliți, cei mai importanți fiind bioxidul de carbon și metanul. Cel din urmă este folosit drept combustibil pentru obținerea de energie termică sau calorică fie direct, fie purificat.

Fermentația anaerobă folosită pentru producerea și captarea biogazului este un proces dirijat de descompunere a materiei organice în mediul umed în condiții controlate de temperatură și presiune, în absența oxigenului și a luminii.

CAPITOLUL V

CHIMIA VERDE

V.1. Definirea chimiei verzi

[NUME_REDACTAT] de prevenire a poluării [EPA-US,1990], a fost inițiat [NUME_REDACTAT] Verzi cu scopul de a se promova cercetarea,dezvoltarea și implmentarea noilor tehnologii chimice mai puțin poluate, care să nu utilizeze chimicale periculoase și ca atare să reducă riscul ascociat cu industria chimică clasică.

Chimia verde este prin natura sa mai prietenoasă pentru mediu, dar poate fi și acceptabilă din punct de vedere economic, pentru că poate reduce cheltuielile necesare eliminării reziduurilor toxice rezultate în procesul de fabricație care pot fi în cantitate mai mică. Această nouă abordare chimică va afecta atât producerea cât și calitatea produselor de utilitate zilnică, precum: medicamente,produsele celulozice,cipuri pentru computere și alte electronice,săpunuri și detergenți biodegradabili,vopsele netoxice pentru locuințe etc.

Chimia verde este de fapt o nouă filozofie,care are la bază conceptul dezvoltării durabile potrivit căruia o societate trebuie să-și satisfacă necesitățile prezente fara a compromite posibilitățile gererațiilor viitoare de a-și satisface propriile nevoi [Haiduc,2006]

Definițiile cele mai folosite pentru [NUME_REDACTAT] sunt:

‘’Conceperea produșilor și proceselor chimice fără folosirea substanțelor toxice și periculoase și fără generarea poluanților respectiv a reziduurilor’’.

‘’Proiectarea chimicalelor,proceselor și reacțiilor în așa fel încât să se reducă la sursă hazardele pentru mediu și sănătate și să se asigure sustenabilitate,prin design-ul molecular al chimicalelor’’[Anastas și Warner,1998] .

Cu alte cuvinte ,[NUME_REDACTAT] este o viziune altenativă care din punct de vedere chimic înseamnă sinteza benignă a chimicalelor și procesarea fără substanțe toxice(periculoase) pentru mediu și om.

V.2.[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] acela de a crea chimicale mai bune și mai sigure prin alegerea căilor de sinteză cele mai sigure, cele mai eficiente și fără reziduuri sau cu reziduuri minime, dar și folosirea materiei prime regenerabile.Prin prisma [NUME_REDACTAT], produsele ar trebui să posede următoarele proprietăți:

toxicitate inerentă:

foarte puțin toxice,

nepersistente,

nonbioacumulative,

compatibile cu metabolismul biologic,

biodegradabile.

impact redus asupra mediului:

poluare și reziduuri reduse,

emisie redusă de gaze cu efect de seră,

extracție și de minerit minim.

impactul redus asupra biodiversității

eficiență legată de resurse:

utilizarea la minim a materiei prime,

eficiență energetică.

impactul asupra societății umane:

expunerea cât mai redusă a populației.

inspirația BIO:

produse de natură biologică.

utilizarea biomasei ca materie primă.

[NUME_REDACTAT] are importanță și din alte puncte de vedere cum ar fi educația, cercetarea și practica industrială. Astfel în Anglia s-a înființat în 1998 Centrul de studii bazat pe [NUME_REDACTAT] ([NUME_REDACTAT] Network) , care numără câteva sute de cercetători din întreaga lume, iar în USA a fost înființat [NUME_REDACTAT] Verzi ([NUME_REDACTAT] Institut), parte componentă acum a [NUME_REDACTAT] de Chimie (ACS). Au apărut și grupări locale în Japonia, Italia, [NUME_REDACTAT], Australia cu preocupări declarate în domeniul chimiei verzi. Prima carte’’[NUME_REDACTAT]:Theory and Practice, apare în 1998, iar în 1999 sub egida [NUME_REDACTAT] Engleze de Chimie apara revista [NUME_REDACTAT]. Cu toate acestea, în momentul de față ea este practicată încă de un număr limitat de cercetători. Totuși în ultimii 20 de ani au apărut numeroase lucrări științifice ce acoperă cerințele [NUME_REDACTAT]. Contribuțiile europenilor sunt importante și acoperă cele mai importante principii ale ramurii chimiei și anume:

sinteza verde,

cataliză și catalizatori,

solvenți chimici organic verzi,

tehnologie verde,

produse verzi (cu chimicale nepericuloase),

protejarea mediului prin micșorarea sau reducerea la zero a reziduurilor.

V.3. 12 Principii ale ChimneI [NUME_REDACTAT] Anastas și T.C. [NUME_REDACTAT] Verde presupune folosirea chimicalelor în sinteze și procese chimice de așa manieră încât riscul pentru om și mediu să fie redus la minim. [NUME_REDACTAT] Verde abordează procesele chimice într-o manieră prietenoasă pentru mediu. Ea a avut diferite denumiri: Chimia curată, Chimia benignă pentru mediu și în final Chimia verde respectiv Chimia dezvoltării sustenabile.

Anastas și Warner în 1998 în prima carte intitulată [NUME_REDACTAT]: Principles and Practices,au enunțat 12 principii ale chimiei verzi,principii care definesc chimia verde și principii pe baza cărora se poate stabili cât de verde este un produs chimic, o reacție sau un proces chimic [Anastas și Warner 1999]. Aceste principii sunt:

Principiul 1.-Prevenirea. Este mai bine să prevenim formarea reziduurilor decât să tratăm și să îndepărtăm aceste reziduuri.

Principiul 2. –Economia de atomi. Metodele de sinteză vor fi astfel elaborate încât să încorporeze la maximum materialul de pornire (materie primă și reactivi) din procesul tehnologic în produsul final.

Principiul 3. –Sinteza chimică mai puțin periculoasă. Ori de câte ori este posibil,metodele de sinteză chimică trebuie proiectate în așa fel încât să folosească sau să genereze substanțe cu toxicitate mică sau nulă atât pentru sănătatea umană cât și pentru mediu.

Principiul 4. – Proiectarea chimicalelor mai sigure. Produșii chimici trebuie proiectați pentru a avea calitățile dorite, dar toxicitate minimă. Să se proiecteze structuri moleculare ale produsului chimic în așa fel încât să se reducă sau chiar să se elimine toxicitatea,iar eficiența compusului chimic să rămână aceeași.

Principiul 5. – Solvenți și agenți auxiliari mai siguri. Folosirea substanțelor auxiliare (solvenți, agenți de separare etc.) va fi evitată ori de câte ori este posibil iar dacă se folosesc, trebuie să fie inofensive.

Principiul 6. – Proiectarea pentru eficiența energetică. Cerințele energetice ale proceselor chimice trebuie recunoscute pentru impactul lor economic și de mediu și trebuie reduse la minim. Dacă este posibil metodele de sinteză trebuie efectuate la temperatură și presiunea ambiantă. Găsirea și optimizarea unor condiții de reacție care să reducă, sau chiar să elimine folosirea și generarea materialelor periculoase, odata cu creșterea până la maxim a randamentului reacției și scăderea la minim a consumului de energie.

Principiul 7. – Folosirea materiei prime regenerabile. Materia primă regenerabilă să înlocuiască materia primă neregenerabilă, ori de câte ori acest lucru este economic și tehnic posibil.

Principiul 8. – Reducerea numărului de derivați (intermediari). Reducerea la minim a compușilor derivați din procesul tehnologic (blocarea unor grupări funcționale,protejarea-deprotejarea,modificarea temporară a proceselor chimice și fizice) sau evitarea reactivilor suplimentari dacă este posibil deoarece aceste etape necesită și produc mai multe reziduuri.

Principiul 9. – Cataliza. Reactivii catalitici (cât mai selectivi) sunt superiori celor stoechiometrici.

Principiul 10. – Proiectarea pentru degradare. Produsii chimici trebuie proiectați în așa fel încât la sfârșitul perioadei de utilizare să se degradeze în produși inofensivi și să nu persiste în mediu.

Principiul 11. – Analiza în timp util pentru prevenirea poluării. Metodologia analitică trebuie elaborată în așa fel încât să permit monitorizarea și controlul procesului în timp util înainte de formarea substanțelor periculoase, urmând dictonul : “ Nu poți controla ce nu poți măsura”.

Principiul 12. – Chimia pentru minimizarea accidentelor chimice. Substanțele și intermediarii lor folosițí în procesele chimice trebuie alese în aîșa fel încât să se reducă la minim posibilitatea accidentelor chimice, inclusive scurgeri de chimicale, explozii sau incendii.

Mai târziu,Tang și colaboratorii (2008) au elaborat 12 principii ale [NUME_REDACTAT],avâand ca punct de plecare principiile [NUME_REDACTAT].

Esența acestor principii este:

1. Sigur și nepericulor.

2. Minimizarea diversității materialelor folosite.

3. Prevenire în loc de depoluare.

4. Fluxuri regenerabile de materiale și energie.

5. Proiectare pentru eficiență ridicată.

6. Simplitate ridicată.

7. Eficiență în folosirea masei,energiei,spațiului și timpului.

8. Satisfacerea nevoilor.

9. Ușor de separat pe baza de proiectare.

10. Rețetele de schimburi de materie și energie la nivel local.

11. Testarea ciclului de viață a produsului proiectat.

12. Sustenabilitate asigurată prin durata și prin ciclul de viață ale produsului.

3.1.Principiul 1. [NUME_REDACTAT] mai bine să prevenim formarea reziduurilor decât să tratăm și să îndepărtăm aceste reziduuri după ce au apărut.

Reziduurile sunt parte integrantă a societății umane. Toate organismele vii generează reziduuri, mai mult sau mai puțin biodegradabile. Dacă materialele naturale se degradează și reintră în circuitul biologic, substabțele sintetice creează reziduuri cu persistență mare în mediu, care pot afecta organismele vii și mediul. [ Pratt și colaboratorii 2000]

Deșeurile din industria chimică apar mai ales în procesele clasice deoarece numai o parte din materia primă trece în produsul dorit. Costul ridicat al deșeurilor din industria chimică se datorează :

randamentului scăzut al reacțíei de sinteză a produsului finit,

consumului de chimicale adiționale, energie și echipamente în procesul de tratare a deșeurilor,

costului ridicat pentru depozitarea sigură a deșeurilor chimice periculoase.

Interesul oricărei industrii și a celor ce lucrează și produc chimicale este să reducă la minim producerea acestor deșeuri. Au fost adoptate o serie de directive europene cu privire la managementul deșeurilor :

Directiva depozitării pe sol [99/31/EC] prevede :

reducerea cantității de reziduuri biodegradabile din deșeurile depozitate pe sol

interzicerea depozitării deșeurilor periculoase începând cu 2003 respectiv 2006.

Directiva privind mijloacele de transport scoase din uz[2005/53/EC] prevede :

vehiculele de transport trebuie construite ca să fie mai ușor de reciclat și anume 80% din ele să fie reciclate până în 2006 și 85% în 2015.

Directiva (WEEE) [2001/96/EC] (reziduuri din echipamente electrice și electronice) prevede :

recuperarea și reciclarea materialelor din bunuri electrice

tratarea componentelor periculoase din bunurile electrice.

Chimicalele sunt periculoase pentru mediu, om și viețuitoare datorită unor proprietăți fizice, chimice și biologice.

Proprietății fizice importante sunt :

punctul de inflamabilitate, ceea ce face ca unele substanțe să fie predispuse la explozii și aprindere ușoara.

solubilitate, proprietatea unor substanțe de a se dizolva în diverși solvenți și care împarte substanțele în substanțe hidrofile (solubile în apă) și lipofile (solubile în grasimi).

conductivitate electrică și termică.

Proprietății chimice importante pentru mediu :

reactivitatea cu componentele fizice naturale ale mediului : reacția cu apa (hidrosferă), reacția cu oxigenul, reacția cu ozonul, reacții fotochimice (atmosferă), reacții de schimb ionic, reacții de precipitare, de complexare (litosferă),

stabilitatea față de poluanții ajunși în aceste medii,

toxicitatea respectiv ecotoxicitatea ridicată, reprezintă proprietatea unor chimicale de a interacționa cu materia vie.

Proprietățile biochimice reprezintă rezistența chimicalelor față de microorganisme (bacterii, fungi, drojdii etc.) care sunt responsabile de biodegradabilitatea sau persistența în mediu a chimicalelor si a produșilor bazați pe chimicale.

Toate acestea determină soarta poluanților în mediu și anume :

transportul,

persistența,

bioacumularea,

toxicitatea ,

ecotoxicitatea.

3.2. Principiul 2. Economia de atomi :

Metodele de sinteză vor fi astfel elaborate încât să încorporeze la maximum materialul de pornire (materia primă și reactivii ) din procesul tehnologic în produsul final.

[NUME_REDACTAT] Verde pe lângă randament o mare importanță o au alți doi parametrii, factorul E și Economia de atomi (AE).

Economia de atomi este conceptul care ține cont de procentul de atomi din reactanți inclus în produsul final. Aceste concept au fost introdus de Trost (1991) și se referă la încorporarea masei reactanților în masa produsului dorit. Cu cât masa moleculară a produsului residual va fi mai mică, AE va fi mai aproape de 1,sau în procente ,de 100%.

Formula de calcul pentru AE este :

% AE=

3.3. Principiul 3. Sinteza chimică mai puțin periculoasă

Ori de câte ori este posibil, metodele de sinteză chimică trebuie proiectate în așa fel încât să folosească sau să genereze substanțe cu toxicitate mică sau nulă atât pentru sănătatea umană cât și pentru mediu.

Principiul trei este considerat inima [NUME_REDACTAT] deoarece presupune folosirea și generarea substanțelor chimice cu toxicitate zero pentru om, ecosisteme și mediu.Se estimează că 90% din procesele curente în care sunt implicate chimicale nu au alternative 100% verzi.

Până în prezent acest principiu este aplicat cu succes la sinteza unor compuși organici, prin înlocuirea unor reactivi periculoși din varianta clasică cu reactivi mai puțin periculoși, înverzind într-o oarecare măsură noua variantă de sinteză.

3.4.Principiul 4. Proiectarea chimicalelor mai sigure

Produșii chimici trebuie proiectați pentru a avea calitățile dorite, dar toxicitate minimă. Să se proiecteze structuri moleculare ale produsului chimic în așa fel încât să se reducă sau chiar să se elimine toxicitatea, iar eficiența compusului chimic să rămână aceeași.

Principiul patru se referă la produsul obținut în procesele tehnologice. Este de dorit ca produsele din folosință umană să fie de calitate, să nu fie toxice și să aibă un randament optim privind domeniul de utilizare. Acest principiu are ca scop obținerea unor produse sigure, ne-toxice și eficiente.

Cea mai mare aplicabilitate a acestui principiu se găsesc în industria de pesticide, în industria detergenților și cea a produselor de curățat.

Un detergent verde este acel detergent care conține enzime sau alcool etilic în loc de surfactant organic, carbonat sau bicarbonat de sodiu în loc de fosfat și uleiuri volatile din plante în loc de parfumuri sintetice.

Un exemplu al acestui principiu il constitue polimerii dispersivi produși de firma [NUME_REDACTAT] Company pe bază de acrilamidă. Polimerii sunt utilizați în procesul de tratare a apei pentru eliminarea particulelor în suspensie și a altor poluanți (metale grele).

Noul proces Nalco înlocuiește emulsia cu un polimer de dispersie care se obține prin dizolvarea monomerului de acrilamidă în soluție apoasă de sulfat de amoniu, rezultând un polimer coloidal stabil în apă [Nalco ,2000] . Această tehnologie aduce mari beneficii pentru mediu :

elimină folosirea uleiurilor minerale și a surfactanților necesari pentru prepararea emulsiei.

polimerul de dispersie nu produce compuși organici volatili (COV)

are un consum chimic și biochimic de oxigen mic

sulfatul de amoniu folosit este produs secundar rezultat în diverse procese industriale.

Pentru dezvoltarea acestei sinteze verzi,firma Nalco a primit în 1999 premiul pentru punerea în practică a principiilor [NUME_REDACTAT], premiu denumit ” [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]’’.

3.5. Principiul 5. Solvení și agențí auxiliari mai siguri

Folosirea substanțelor auxiliare (solvenți, agenți de separare etc.) va fi evitată ori de câte ori este posibil, iar dacă se folosesc, trebuie să fie inofensive.

Sinteza substanțelor și a produșilor chimici din folosința umană, necesită cantități foarte mari de solvenți și agenți auxiliari. Majoritatea solvenților folosiți în sintezele clasice a medicamentelor,pesticidelor,polimerilor,sfârșesc prin pătrunderea în cantități mari în mediu.

Situația ideală în sinteza și obținerea de produse bazate pe chimicale,ar fi cea care nu utilizează nici un solvent,nici măcar apa.

3.6.Principiul 6. Proiectarea pentru eficiența energetică

Cerințele energetice ale proceselor chimice trebuie recunoscute pentru impactul lor economic și de mediu și trebuie reduse la minim. Dacă este posibil metodele de sinteză trebuie efectuate la temperatura și presiunea ambientală. Găsirea și optimizarea unor condiții de reacție care să reducă,sau chiar să elimine folosirea și generarea materialelor periculoase,odată cu creșterea până la maxim a randamentuluyi reacției și scăderea la minim a consumului de energie.

Consumul de energie în timpul proceselor chimice are atât impact economic cât și de mediu.Impactul de mediu trebuie corelat cu consumul de energie, dar și cu natura surselor energetice (regenerabile sau neregenerabile).

Conform principiului 6 sinteza chimică ar fi preferat să fie condusă la temperatură și presiune ambientală, iar reducerea consumului energetic se poate realiza prin :

utilizarea de microunde (în procese de încalzire, dizolvare),

reacții asistate de microunde,

sinteze electrochimice,

sinteze catalitice,

sinteze biochimice,

sinteze fotochimice,

reacții catalitice,

folosirea energiei regenerabile (fotovoltaice,pe baza de hidrogen etc.) în locul celei tradiționale.

Avantajele folosirii microundelor în procesele de sinteză chimice sunt multiple de exemplu :

mărirea vitezei de reacție (timp de reacîie mai scurt),

reacții mai curate (mai puține reziduuri),

consumul mai mic de solvenție,

olosirea unor solvenți verzi (apa, etanol,acetonă)

un input energetic scăzut. [Hayes, 2004]

O reacțíe fotochimică verde o constitue sinteza Juglonei.Juglona este un erbicid verde, care inhibă funcția unor enzime,dar poate fi folosită ca și colorant în cosmetice,țesături etc. Juglona se găsește în mod natural în frunzele și rădăcinile plantelor. Energia regenerabilă sau energia verde,prezintă un alt avantaj major acela că reduce emisia de CO2..

Din categoria energiilor regenerabile fac parte :

energie solară

energie eoliană

hidroenergia

energia bazată pe biomasă

energie geotermală.

3.7. Principiul 7. Folosirea materiei prime regenerabile

Materie primă să fie regenerabilă în loc de ceea neregenerabilă. Ori de câte ori acest lucru este economic și tehnic posibil.

Orice sursă naturală de materie primă care este consumată cu o viteză mai mică decât viteza ei de regenerare, este o sursă regenerabilă. Dacă o sursă este regenerabilă , ea va fi refăcută într-un timp relativ scurt. Plantele sunt mai mult sau mai puțin regenerabile. Resurse regenerabile includ oxigenul, apă proaspătă și biomasă (lemnul, plantele, pielea). Aceste surse pot deveni neregenerabile dacă se consumă mai repede decât capacitatea de înlocuire a lor.

Un material pentru mediu se apreciază după 3 criterii :

Regenerabilitatea : cât de repede se regenerează materia primă folosită la obținerea materialului,

Degradabilitatea : cât de repede materialul se reintegrează în mediu,

Procesul de producere : câtă poluare și câte deșeuri rezultă în timpul procesării materialului.

Viteza cu care biomasa este convertită în resurse fosile ( milioane de ani) este în dezacord enorm cu viteza de consum a acestor resurse (secole). La folosirea materiei prime regenerabile anual din cereale sau biomasă, viteza de fixare a dioxidului de carbon este egală sau mai mare decât viteza la care se consumă sau se eliberează CO2.. Nu doar celuloza ci și reziduurile celulozice provenite din industria celulozei și hârtiei, reziduurile solide municipale, hârtie reciclată, dar și reziduuri agricole constitue o biomasă importantă pentru obținerea diverselor chimicale pentru folosință umană.

3.8. Principiul 8. Reducerea numărului de derivați (intermediari)

Reducerea la minim a compușilor derivați din procesul tehnologic (blocarea unor grupări funcționale, protejarea, deprotejarea, modificarea temporară a proceselor chimice și fizice) sau evitarea reactivilor suplimentari dacă este posibil deoarece aceste etape necesită și produc mai multe reziduuri.

Este cunoscut faptul că sinteza unor substanțe active ce intră în compoziția medicamentelor este însoțită de produși secundari de reacție a căror număr este în funcție de structura substanței și de numărul etapelor necesare pentru obținerea structurii.

Un exemplu pentru aplicarea acestui principiu este sinteza taxonului (Paclitaxel). [NUME_REDACTAT] datează din anii ’70, când s-a descoperit potențialul puternic al acestuia împotriva dezvoltării diferitelor tumori. Taxonul a fost comercializat la scară largă începând cu anii ’90 în tratamentele oncologice precum cancerul pulmonar, la sân sau ovarian precum și în tratamentele împotriva virusului HIV. La început substanța activă din Taxol anume Paclitaxel era extrasă din coaja arborelui Tisa din Pacific ([NUME_REDACTAT]), un copac care are nevoie de 200 de ani pentru a ajunge la maturitate. După decojirea copacului sunt necesare 40 de etape de extracție și purificare până la obținerea substanței active.

În 2002, Compania farmaceutică [NUME_REDACTAT] ([NUME_REDACTAT]) a reușit sinteza verde a Taxonului, motiv pentru care în anul 2004 a câștigat premiul ” [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] ” din partea US-EPA [ Mounford, 2010 ]. Sinteza verde a Paclitaxenului este bazată pe un proces de fermentare pornind de la clustere de celule extrase din acele unui arbore chinezesc ( Taxus chinensis ).

Petru a se pune în practică, în sinteza chimică organică a principiului 8 al [NUME_REDACTAT], trebuie să se țină cont de diferite tipuri de selectivitate cum sunt :

Chemoselectivitate – abilitatea reactantului de a reacționa preferențial cu o anume grupare funcțională,

Regioselectivitate – abilitatea de a forma un anume izomer pozițional într-o reacție chimică, datorat preferinței spre o anumită direcție a legăturii chimice,

Enantioselectivitate – abilitatea să se formeze un anume izomer opric într-o reacție chimică.

3.9. Principiul 9. [NUME_REDACTAT] catalitici ( cât mai selectivi ) sunt superiori celor stoechiometrici.

Cataliza reprezintă o modalitate de a schimba viteza de reacție a unui proces chimic datorită participării unei substanțe numite catalizator. Catalizatorul modifică energia de activare a reactanților favorizând formarea produșilor de reacție. Catalizatorii nu modifică diferențele energetice dintre reactanți și produșii de reacție.

Analizând procesul de cataliză prin viteza de reacție se disting mai multe specii de substanțe chimice. Compusul care mărește viteza de reacție se numește catalizator, substanțele care încetinesc viteza de reacție se numește inhibitori, substanțele care măresc activitatea catalizatorului se numesc otăvuri.

Cele mai importante tipuri de catalizatorii sunt :

[NUME_REDACTAT]

[NUME_REDACTAT].

Importanța catalizei în obțínerea produșilor industriali verzi este vitală.

Avantajele folosirii catalizatorilor în reacțiile industriale sunt multiple, însă cele mai importante sunt :

catalizatorii afectează condițiile necesare reacției, chiar reducând consumul energetic (principiul 6 ),

permit folosirea reacțtiilor ce duc la o valoare mare a economiei de atomi (principiul 2) și la reducerea reziduurilor (principiul 1),

chiar dacă nu participă în reacție, catalizatorul după un număr de utilizări se epuizează și trebuie înlocuit.

Reacțiile de oxidare sunt folosite pe scară largă în industria chimică. Oxidarea bazată pe stoechiometria reacției este mai puțin eficientă decât cea catalitică. Un exemplu este sinteza scetofenonei (C6H5C(O)CH3) (metilfenil cetona), compus organic folosit ca precursor al rășinilor și în industria parfumurilor.

Metoda tradițională :

Metoda tradițională constă în oxidarea feniletanolului cu amestec cromic (Cr VI), conform reacției :

3C6H5CH(OH)CH3 + 2CrO3 + H2SO4 3C6H5COCH3 + Cr2(SO4)3 + 6H2O

În varianta stoechiometrică apar următoarele dezavantaje :

consumul mare de reactive

condiții periculoase de lucru

oxidanți cu proprietăți toxice (Cr VI, H2SO4 concentrat)

reziduuri toxice

economie de atomi 50%.

Metoda catalitică (verde ) :

Metoda verde bazată pe oxidarea catalitică a feniletanolului, folosește ca oxidant o substanță prietenoasă pentru mediu și anume oxigenul din aer.

Reacția de oxidare este redată mai jos :

C6H5CH(OH)CH3 + 1/2O2 C6H5COCH3 + H2O

Metoda catalitică mai sus amintită are următoarele avantaje:

consumă ca oxidant doar oxigenul din aer,

se lucrează în condiții nepericuloase ( fără substanțe toxice și periculoase ),

reziduurile sunt prietenoase pentru mediu (apa),

economia de atomi este foarte mare.

Cataliza este de asemenea implicată în procesul de tratare a unor ape contaminate cu compuși organici rezistenți la biodegradarea biologică.

Biocataliza folosește enzime sau celula întreagă ca și catalizatori și constitue o alternativă mai verde în raport cu sinteza organică tradițională, oferind posibilitatea unor transformări la nivel industrial a materialelor naturale sau sintetice în condiții de reacție mai blânde cu consum energetic scăzut.

Biocataliza din punct de vedere al mediului are două aplicații și anume: – bioremediere și creare de noi procese verzi.

3.10. Principiul 10. Proiectare pentru degradare

Produșii chimici trebuie proiectați în așa fel încât la sfârșitul perioadei de utilizare să se degradeze în produși inofensivi și să nu persiste în mediu.

O aplicație a principiului 10 provine din domeniul obținerii materialelor plastice biodegradabile.

După epoca de piatră, bronz, cupru, fier, oțel, acum suntem cu siguranță în lumea maselor plastice. Producția mondială este de aproximativ 100 milioane tone/an adică cca. 15 kg/cap de locuitor/an. Ca materie primă au fost și sunt produșii petrolieri, hidrocarburile ușoare, așa numiții combustibili fosili- materie primă neregenerabilă.

Masele plastice au diverse utilizări ca materiale de construcții, diverse produse de consum, jucării, bunuri sportive, aparatură electrică și electronică, articole de igienă personală, mijloace de transport, aplicații biomedicale, agricultură etc. Cea mai mare utilizare a maselor plastice este însă pentru ambalajele care sunt depozitate în final în mediul natural, care persistă în mediu un timp îndelungat, fiind foarte rezistente la procesele de degradare naturale.

Ca materie primă regenerabilă pentru obținerea materialelor plastice se folosesc produsele agricole : -porumb – amidon, soia – amidon – protein – uleiuri, trestia de zahăr – zaharuri, sfecla de zahăr – zaharuri, celuloza – zaharuri – fibre etc. Obținerea substanțelor chimice de pornire (amidon, zaharuri, proteine) are loc pe 2 căi :

Extracțía directă din biomasă, rezultând o serie de materiale polimerice (celuloză, amidon, proteine), fibre și uleiuri vegetale,

Convertirea biomasei la biomonomeri prin fermentare sau hidroliză, urmată de convertirea biomonomerilor la biopolimeri prin sinteză chimică.

Cea de-a doua variantă stă la baza biotehnologiilor și este în plină dezvoltare pentru obținerea atât a polimerilor biodegradabili cât și a altor produse degradabile la sfârșitul ciclului lor de viață.

Un exemplu de polimer verde obținut din biomasă este sinteza acidului polilactic (PLA). PLA este un polimer alifatic obținut din materie primă regenerabilă, precum porumbul sau trestia de zahăr. Acidul lactic se obține prin fermentarea bacteriană a amidonului sau a zahărurilor.

3.11. Principiul 11. Analiza în timp util pentru prevenirea poluării

Metodologia analitică trebuie elaborată în așa fel încât să permită monitorizarea și controlul procesului în timp util înainte de formarea substanțelor periculoase, urmând dictonul : ”Nu poți controla ce nu poți măsura”.

Pornind de la dictonul “Nu poți controla ce nu poți măsura”, este necesar ca odată cu procesul de sinteză să se elaboreze metode analitice capabile să monitorizeze în timp real produșii de sinteză și eventual produșii intermediari în scopul de a îmbunătăți eficiența procesului de sinteză.

Metodele chimice au o exactitate ridicată, dar din păcate sunt metode discontinue și necesită timp îndelungat.

Metodele instrumentale sunt metode capabile să măsoare în timp real și pe o perioadă lungă de timp concentrații ale unor specii chimice. Obținerea unor senzori (optici, electrochimici) cu specificitate si selectivitate mare a permis optimizarea proceselor de sinteză și de control automat a tuturor compușilor participanți la sinteza chimică. Acest lucru a permis creșterea gradului de siguranță a proceselor tehnologice și un control mai riguros a întregului proces. Utilizarea în ultima vreme a unor metode performante de analiză și a cuplajelor a permis identificarea tuturor speciilor chimice formate în cantitați micro sau macro, putându-se estima riscul procesului tehnologic.

Totuși aceste analize nu pot fi realizate oricum ci ele trebuie să respecte și principiile [NUME_REDACTAT] (folosirea solvenților verzi, reactivilor netoxici, eliminarea deșeurilor, eficiența energetică). Astfel a luat naștere un nou concept în ceea ce privește analiza chimică mai prietenoasă pentru mediu, care a primit denumirea de [NUME_REDACTAT] Verde ( [NUME_REDACTAT] Chemistry ) .

3.12. Principiul 12. Chimia mult mai sigură în prevenirea accidentelor

Substanțele și intermediarii lor folosiți în procesele chimice trebuie alese în așa fel încât să se reducă la minim posibilitatea accidentelor chimice, inclusiv scurgeri de chimicale, explozii sau incendii.

Utilizarea în procesele tehnologice, dar și în laboratoare a unor substanțe chimice explozive, inflamabile sau toxice la cantități extrem de mici ( cianuri, mercur etc.) a dus la nenumărate accidente cu consecințe grave pentru mediu.

Avantajul aplicării acestui principiu constă în prevenirea poluării prin :

planificarea experiențelor care să folosească chimicale prietenoase pentru mediu în locul celor neprietenoase,

simularea pe calculator a experiențelor și a proceselor tehnologice care previn consumul de substanțe chimice prin experimente practice.

Pentru evitarea posibilelor neînțelegeri ce pot apărea din analiza celor 12 Principii ale [NUME_REDACTAT], J .Clark enunță 12 posibile neînțelegeri ce pot apărea în aplicarea principiilor [NUME_REDACTAT] [ Clark ,2012] :

Chimicalele periculoase trebuie imediat înlocuite !

Reglementările UE prin legislația REACH identifică chimicalele periculoase întocmind liste cu substanțe ce posedă diferite grade de toxicitate cerând înlocuirea lor. Cu siguranță că substanțele periculoase trebuie înlocuite cu alte substanțe mai verzi pe tot ciclul lor de viață, cu condiția cunoașterii tuturor proprietăților substanțelor înlocuitoare. Pentru a înlocui toate substanțele din listele prioritare este necesară o investiție mai mare în cercetare și dezvoltare pentru a găsi alternative cu adevărat mai verzi.

Chimicalele ar trebui să fie biodegradabile.

Deși substanțele ce ajung în mediu trebuie să nu fie persistente și bioacumulabile, sunt situații în care degradarea imediată poate fi dăunătoare refolosirii sau transformării lor în alți produși utili.

Apa este cel mai verde solvent.

Deși apa este considerată un solvent universal și verde, pentru cele mai multe substanțe organice (hidrofobe) ea nu este un bun solvent. Faptul că apa poate afecta reactivitatea unor reactivi, poate dezactiva catalizatorii, sau poate dizolva cantități mici de substanțe foarte periculoase dar acestea nu fac din apă un solvent tocmai verde. Trebuie găsite posibilități de folosire a apei ca solvent ori de câte ori se poate face acest lucru.

Chimicalele derivate din combustibilii fosili (neregenerabili) ar trebui înlocuite cu chimicale derivate din surse regenerabile.

Înlocuirea combustibililor fosili ca materie primă în sintezele chimice cu chimicale derivate din biomasă nealimentară nu trebuie să ducă la dezvoltarea unor alternative neeconomice, complexe și producătoare de deșeuri . Chimicalele bioderivate nu sunt automat și verzi decât dacă sunt procesate prin metode chimice verzi.

Sursele convenționale de energie trebuie înlocuite cu surse regenerabile

Deși sursele de energie regenerabilă trebuie să înlocuiască sursele tradiționale, modalitatea cea mai inteligentă este transformarea lor în produși chimici utili și nu arderea directă pentru producerea de energie. Trebuie să fim atenți în selectarea surselor alternative de energie (eoliană, solară, geotermală ). Există nenumărate posibilități neexplorate încă din punct de vedere energetic și manufacturial ce pot apărea printr-o mai bună cunoaștere a proprietăților elementelor din sistemul periodic.

Solvenții nevolatili sunt mai buni decât reactivii.

Necesitatea înlocuirii solvenților volatili cu cei nevolatili se datorează efectelor lor negative asupra atmosferei. Înlocuirea tuturor solvenților volatili este dificilă din cauza necunoașterii exacte a impactului solvenților nevolatili asupra mediului și a numărului limitat de alternative. Alternativa oferită de utilizarea lichidelor ionice nu este în totalitate verde dacă se ia în considerare obținerea lor ( resurse, preparare, separare, toxicitate) și bineînțeles costurile de obținere.

Catalizatorii sunt mai buni decât reactivii.

Utilizarea catalizatorilor în locul unor reactivi chimici periculoși a constituit una dintre cele mai mari provocări ale sintezei chimice curate. Problema cea mare este alegerea catalizatorului și procesului catalitic deoarece mulți catalizatori necesită procese dificile de obținere și generează cantități mari de deșeuri. Obținerea unor catalizatori ușor recuperabili și reutilizabili este de asemenea esențială.

Compușii halogenați sunt periculoși pentru mediu și trebuie înlocuiți.

Deși compușii halogenați au creat multe probleme, nu toți compușii halogenați trebuie considerați neapărat periculoși. O bună parte din aceștia provin din natură și ca atare sunt reintegrabili în ciclul biogeochimic. Compușii perhalogenați sunt o categorie de compuși care nu se pot reintegra în natură și trebuie înlocuiți.

Procesele bio sunt preferatele proceselor chimice.

Natura este cel mai inteligent laborant chimic, ce procesează într-un mediu benign folosind specii netoxice, cele mai selective procese. Deși s-au înregistrat unele succese în elaborarea bioproceselor industriale, totuși procesele chimice vor fi dominate și pe viitor.

Orice alternativă trebuie evaluată prin prisma ciclului ei de utilizare înainte de a fi validată.

Postulatul conform căruia ” Nu putem îmbunătăți ceea ce nu putem măsura ’’a stat la baza dezvoltării [NUME_REDACTAT] în ultimii 10 ani; astfel s-a ajuns la concluzia că nu se poate schimba o etapă din ciclul de viață a produsului fără să fie afectate celelalte etape ale acestuia. Cunoașterea întregului ciclu de viață al produsului este important, fapt greu de realizat și consumator de timp. Aprecierea justă a ciclului de viață depinde de corectitudinea datelor din toate etapele acestuia.

Minimizarea deșeurilor ar trebui să fie prioritatea oricărui proces de optimizare.

Deșeurile rezultate în urma activității umane afectează mediul și ca atare dorința noastră de a nu genera produse ce trebuie depozitate este legitimă. Există însă un număr limitat de procese în urma cărora rezultă doar a produsului dorit. De aceea trebuie fundamental schimbată atitudinea omului față de reziduuri și coproduși (produși secundari), cu siguranță unii din aceștia pot fi utili.

Chimicalele periculoase și neregenerabile folosite ca aditivi trebuie înlocuite.

Produsele finite din folosința umană conțin pe lângă substanța activă, o mare varietate de substanțe (aditivi, conservanți) care au rolul de a conferi proprietățile dorite. [NUME_REDACTAT] Verzi toate substanțele ne-verzi ar trebui înlocuite cu altele natural sau bio. Înlocuirea acestora poate duce ȋnsă la deteriorarea performanțelor produsului finit. În acest caz de cele mai multe ori este necesar să adăugăm alt component care să corecteze deteriorarea.

În concluzie trebuie aleasă o modalitate de ȋnlocuire a aditivilor care să simplifice obținerea produsului dorit și nu să o complice.

CAPITOLUL VI.

MÃRIMI OPERAȚIONALE ȊN CHIMIA VERDE

Mărimi operaționale frecvent utilizate în [NUME_REDACTAT] sunt : – factorul E, randamentul efectiv de masă, eficiența carbonului și economia de atomi ( AE) [Henderson și colaboratorii, 2010 ] .

Factorul de mediu ( E)

Această mărime a fost introdusă de către Scheldon ( 1992) și reprezintă raportul dintre cantitatea totală de reziduuri ( solvenți, reactivi și consumabile ) și cantitatea de produs obținut.

Factorul E =

Factorul E poate lua valori cuprinse între 0 și infinit. Cu cât valoarea acestui parametru este mai mică, cu atât cantitatea de reziduuri este mai scăzută. Procesul chimic ideal pentru mediu este cel în care factorul E tinde către zero.

Această mărime este foarte utilă pentru a caracteriza eficiența proceselor industriale, respectiv a gradului lor de compatibilitate cu mediul. În tabelul de mai jos sunt redate valorile factorului E pentru diferite procese industriale.

Tabelul 1.1. Valoarea factorului E pentru diferite procese industrial ( după Scheldon, 1992).

Așa cum reiese din datele redate anterior, cea mai curată industrie din punct de vedere a generării deșeurilor raportate la produsul finit este industria petrolieră, cu o valoare a factorului E de 0,1. La polul opus se situează industria farmaceutică, unde factorul E are valori cuprinse între 25 și 100. Acest lucru se datorează sintezelor organice complicate care utilizează cantități mari de reactivi, iar în urma sintezelor doar anumiți sintetizanți au proprietăți terapeutice, în timp ce ceilalți produși de reacție reprezintă deșeuri.

În practică este destul de greu să se estimeze exact cantitatea de deșeuri rezultată și din această cauză s-a propus o nouă formulă de calcul a factorului E care ține cont de întreaga cantitate de material (reactivi, catalizatori, solvenți ) intrată în procesul tehnologic (input) și cantitatea de produși rezultați (output) raportată la cantitatea de produs finit.

E= (input-output)/produs finit

Din această formulă se observă că una din modalitățile de îmbunătățire a factorului E este reintroducerea în procesul tehnologic a unor produși ce nu fac parte din produsul finit, în acest fel scăzându-se cantitatea de “ output “.

2.) Economia de atomi (AE)

Economia de atomi reprezintă raportul dintre masa moleculară a produsului finit și suma maselor moleculare ale reactanților. Acest parametru a fost introdus pentru a cuantifica cantitatea de reactant care se găsește în produsul finit [Trost, 1991] . Exemplu pentru un process chimic :

A+B

Economia de atomi relativă se calculează astfel :

AE (%) = , unde M reprezintă masa moleculară.

Valorile relative ale AE pot fi cuprinse înte 0 și 100 % . Cu cât valoarea acestui parametru este mai mare, cu atât crește procentul de reactant transformat în produs de reacție. Valorile acestui parametru variază în funcție de tipul de reacție chimică, astfel :

reacțiile de izomerizare, rearanjare, oxidare sau de adiție au AE aproape 100 %,

reacțiile de substituție sau de eliminare au AE în jur de 50 %,

reacțiile bazate pe reactivi stoechiometrici au AE 50 %.

3.) Eficiența de atomi

Acest parametru poate fi utilizat pentru a înlocui randamentul procesului chimic sau Economia de atomi. Formula de calcul este redată în relația următoare [ Hame, 2005 ] :

Eficiența de atomi (%) =

Acest parametru poate lua valori cuprinse între 0 și 100 %. Cu cât valoarea este mai apropiată de 100 % cu atât procesul chimic este mai ”verde”.

4.) Eficiența de carbon (CE)

Acest parametru indică cât din procentul de carbon din reactanți se regăsește în produsul finit. Eficiența carbonului se calculează cu ajutorul unei formule, reprezentând raportul dintre cantitatea de carbon care se găsește în produsul de interes și cantitatea totală de carbon din reactanți :

Eficiența de carbon (%) =

EC poate lua valori între 0 și 100 %, sinteza chimică fiind cu atât mai verde cu cât valoarea acestuia este mai mare.

Eficiența carbonului este importantă în industria farmaceutică în special în cazul proceselor care urmăresc dezvoltarea produșilor farmaceutici bazați pe schelele de carbon. Un aspect important este faptul că valoarea acestui parametru este corelată direct cu emisiile de gaze cu efect de seră

5.) Randamentul efectiv de masă

Această mărime este definită ca fiind raportul dintre masa produsului util și masa reactivilor periculoși pentru mediu utilizați în sinteza acestuia. Formula de calcul a acestei mărimi este următoarea [ Constable , 2002] :

Randamentul efectiv de masă (%) =

Acest parametru poate lua valori între 0 și 100 %, procesul chimic fiind cu atât mai verde cu cât valoarea parametrului este mai aproape de 100 %.

6.) Eficiența masică de reacție (RME)

Acest parametru reprezintă procentul masic al reactanților care se regăsește în masa produșilor de reacție :

RME (%) =

RME poate lua valori cuprinse între 0 și 100 %, procesul chimic fiind cu atât mai verde cu cât valoarea parametrului este mai aproape de 100 %.

II.3. Produse verzi și sinteze

Glicerina – reprezintă un produs secundar al fermentației alcoolice, dar rezultă în cantități mari și ca produs secundar la hidroliza grăsimilor și la fabricarea biodiesel-ului (sunt procese microbiene). Pentru a obține cantități mari de glicerină, calea metabolică glicolitică trebuie modificată pentru a se produce cantități mari de glicerină și nu de alcool etilic. Acest lucru se poate realiza prin mai multe metode, cea mai cunoscută fiind adăugarea de hidrogen sulfurat în mediul de fermentație.

Acetona și Butanolul – au fost produse prin fermentație începând cu anul 1924, fiind printre primele chimicale sintetizate la scară industrială pe cale biotehnologică.

Butanolul este un produs foarte important pentru că reprezintă materia primă pentru obținerea butadinei, din care se obține cauciucul sintetic.

Acetona este importantă în primul rând datorită utilizării ei ca solvent pentru nitroceluloză utilizată în procesul de fabricare al unor explozibili. Fabricarea industrială a acestor produse se bazează pe utilizarea unor bacterii din specia Clostridium acetobutylicum capabile să transforme o serie de zaharuri (fructoză, glucoză, amidon, zaharoză, maltoză) în butanol și acetonă prin fermentație aerobă. La ora acuală metoda fermentativă este din nou în centrul atenției din motivele următoare :

folosește materii prime regenerabile, care vor fi accesibile și după epuizarea rezervelor de petrol,

prin inginerie genetică au fost create noi varietăți de microorganisme care pot crește pe reziduuri de amidon și zer, iar mai nou chiar și pe celuloză,

cantitatea mare de ape reziduale care se formează în acest proces nu mai reprezintă un dezavantaj, întrucât acestea se pot trata anaerob, cu formare de biogas,

procesul de fermentație poate avea loc la 600C, ceea ce înseamnă că solvenții produși pot fi izolați din mediul de fermentație prin evaporare pe măsură ce se formează.

Plastice verzi

La începutul sec. XXI Stevens (2001), în cartea sa ”Plastice verzi ” susține că trăim în [NUME_REDACTAT] Plastice, deoarece la nivel mondial au utilizări diverse :

-ambalaje, bureți, diferite containere, plase (30% din producția mondială), material de construcții (15 %), produse de consum (19 %), în transport, mobilier, agricultură.

Masele plastic tradiționale ce au la bază combustibili fosili,sunt extreme de durabile si reprezintă pentru SUA 18 % din volumul total ar reziduurilor. Dacă din reziduurile municipal,reziduurile organice sunt extrase și folosite pentru compost, plasticele ajung sa reprezinte 30 % din reziduurile rămase. Cel mai grav este faptul că majoritatea maselor plastic nu sunt biodegradabile și nu se vor descompune niciodată.[ Steavens, 2001].

Plasticele verzi sunt produse obținute din materie regenerabilă,benignă și compostabilă. Materia ce are la bază carbohidrații din plante este cea mai răspândită în biosferă și poate constitui materia primă pentru plasticele biodegradabile, care vor fi ușor descompuse de microorganisme.

Astăzi se produc deja plastice verzi pornind de la porumb, grâu, soia, cartofi, ce conțin celuloză, amidon, colagen, cazeină, proteine, poliesteri, care se pot converti rapid în plastice. Prin combinarea polimerilor naturali cu alte ingrediente se obțin plastice verzi, deocamdata doar plasticele pe bază de amidon sunt competitive ca și cost cu plasticele sintetice. Datorită biodegradabilității ușoare a polimerilor rezultați din materie primă regenerabilă, ei sunt utilizați în medicină (pentru capsulele unor medicamente și în implanturi medicale)

Uleiurile și grăsimile

În prezent la nivel mondial, industria oleochimică utilizează peste 16 milioane tone de uleiuri și grăsimi. Prin intermediul reacțiilor chimice sau enzimatice aceste uleiuri și grăsimi sunt transformate în acizi grași, esteri metilici ai acizilor grași, alcooli superiori, amine superioare, gliceroli. Acești compuși pot fi ulterior convertiți în chimie prin alcooli sulfați, eteri, esteri, amine cuaternare etc. Produsele astfel sintetizate sunt utilizate în domenii precum – industria alimentară (emulsificatori), producția de echipamente electronice (izolatori pentru fire) etc.