Áp dụng các nguyên tấc của hóa học xanh vào phương pháp tông hợp hữu cơ có thể thu được nhiều phản ứng hay sán phẩm mong m uốn hơn cũng như sinh ra ít chất thải hon và vấn đề an toàn sẽ được cải tiến. Các lợi ích về mặt môi trường có thể được nâng cao, ngay từ việc lựa chọn nguồn nguyên liệu ban đầu cho đến khi sản phẩm được hình thành. Ví dụ tiêu biếu nhất cho thấv việc thiết kế lại quy ưình tổng hợp đã mang lại nhiều lợi ích là quá trình sản xuất sertraline, hoạt chất chính trong được phẩm chống trầm cảm Zoloft. Sứ dụng quy trinh tổng hợp mới (H.IV.2) đã mang lại nhiều lợi nhuận: hàng năm lượng sản phẩm tăng gấp đôi, loại trừ được việc sử dụng 140 tan TiCU, 440 tấn chất thải rấn chứa T1O2, giảm 150 tẩn HCỈ 35%, giảm 100 tấn NaOH 50%. Thành tựu nổi bật nhất là đã giảm được việc sử dụng bốn loại dung môi khác nhau xuống chỉ còn một dung môi duy nhất là ethanol trong giai đoạn đầu tiên. Quy trình trước đây sử dụng 60 000 L dung môi / 1000 kg sản phẩm sertraline, trong khi quy trình sản xuất được cải tiến chỉ sử dụng 6000 L dung môi /1000 kg sản phẩm. Quy trình được cải tiến đã được thucmg mại hỏa, có nhiều điềm vượt ừội về mặt an toàn cho người vận hành, giảm chi phí năng lượng và chi phí giải quyêt chât thải, trong khi tăng gâp đôi sàn lượng.
Lĩnh vực sản xuất polymer cũng có một số nghiên cứu cải tiến quy trình sàn xuât theo hướng xanh và sạch hơn. Tập đoàn Asahi Kasei đã và đang phát triển quy trình sản xuất polycarbonate đùng trong xe hơi, vật liệu gia dụng, D V D s.,. theo hướng bền vững hơn. Hiện tại, polycarbonate được sản xuất từ bisphenol-A và m ột lượng lớn phosgene rất độc hại, đồng thời sử dụng một' lượng lởn dung môi methylene chloride. Quy trình sản xuất m ới không sử dụng dung môi và phosgene, đã kêt hợp bisphenol-A với ethylene oxide và CƠ2, trong đó CO2 là sản phâm phụ từ nhà máy sản xuất ethylene oxide.
Ngoài ra, q u ỵ trinh này đã giảm được lượng khí thải xuống khoảng 173 tấn C 02 / 1000 tân polycarbonate. Tập đoàn hóa chất Dupont đã sử dụng công nghệ sinh học để sản xuất ra 1,3-propanediol từ tinh bột ngô, đây là m onom er cùa polym er Sorona. Phương pháp này không cần phải sử dụng dung môi hữu cơ độc hại, quá trình được tiến hành ờ nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng. Trong khi đó, phương pháp truyền thống đòi hỏi qụá trình thực hiện ở nhiệt độ cao và áp suất cao, sừ dụng xủc tác kim loại nặng độc hại (2).
GIỚI THIỆU CHUNG vế HÓA HỌC XANH VẢ KỸ THUẬT XANH 37 'CI Imine kh ôn g tách v à tinh ch ế H ỗ n hợp ra ce m ic kh ô n g tách và tinh ch ế R C O C T N H ,M e (D )-m a nd elic acid E 1 0 H , M e O H E tO A c HCI Sertraline m andelate tinh c h ế N H M e Cl Sertraline tinh c h ế
H ìn h IV .2 Thiết kế lại quy trình tông hợp serlraỉine
V . CÁC VẤN ĐỂ CẨN QUAN TÂM
Ngành công nghiệp hỏa chất rố ràng đã và đang có những đóng góp hết sức to lớn đến việc cài thiện chất lượng đời sống nhân loại. Tuy nhién, trong một sổ trường hợp do sự hạn chế về điêu kiện trang thiết bị, hoặc do thiếu sự cân nhắc xem xét kỹ lưỡng hay thậm chí có thể do hạn chế về mặt kiến thức, các nhà hóa học cũng như các kỹ sư quá trình đà gây ra những tác hại lớn đối với con người và môi trường sống. Thách thức đối với các nhà hỏa học và kỹ sư trong thế kỷ 2 1 là tiếp tục tiếp nhận những thầnh quá
to lớn về mặt xã hội cùng như về m ặt kinh tế do ngành công nghiệp hỏa chất m ang lại. nhưng không được gây hại cho môi trường sống (hiểu theo nghĩa rộng nhất), cũng như không được gây ra các ảnh hưởng tiêu cực đến các the hệ tương iai về mọi mặt. Đây chính là các mục tiêu cửa hỏa học xanh và kỹ thuật xanh nhằm hướng đen mội sự phát triến bền vừng. Tuv nhiên, làm thế nào để đạt được các mục tiêu này là van đê cần quan tâin. Câu trá lời rất phức tạp, liên quan đến toàn xã hội, liên quan đến tất cả các khía cạnh của những vẩn đề sau đây, và các vấn đề này cỏ sự kết noi chạt chẽ với nhau (3i0:
38 CHƯƠNG MỞ ĐẨU - C ông nghệ: M ột số lượng lớn các công nghệ hóa học xạnh có giá trị đă và đang được công bố, và so lượng công trình xuất bản về vấn dề này ngày một tăng. Tuy nhiên, công nghệ hóa học xanh đòi hỏi phải phát triên hơn nữa, và quan trọng hơn, phải được thương mại hóa. Các thành công vê công nghệ xanh và thân thiện với môi trường ở quy mô phòng thí nghiệm chưa thể bảo đảm rằng chúng sẽ được lựa chọn ở quy mô công nghiệp. Trước m ắt cũng như trong tương lai gần, chúng ta có thê thây được việc giảm đến mức thâp nhât việc sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại dê bay hơi. Việc sử dụng các xúc tác thê hệ mới nhăm tăng độ chọn lọc và hiệu quà cho quá trình cũng như giảm lượng chất thải độc hại đang được áp đụng, v ề mặt kỹ thuật, chúng ta sẽ thấy những cuộc cách m ạng về thiết kê nhăm giảm nguyên vật liệu và năng lượng tiêu tốn, tăng cường m ức độ an toàn cho quá trình. Tuy nhiên về m ặt bền vững, cần phải đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc trong sự phát triển nguồn năng lượng tái tạo.
- G iáo dục: Các nhận thức về m ặt môi trường cũng như vai trò của khoa học công nghệ trong việc cải thiện chất lượng môi trường phải được giảng dạy sớm hơn cho học sinh sinh viên, c ầ n phải thấy rõ vấn đề những gì chúng ta giảng dạy cho học sinh sinh viên hôm nay sẽ quyết định đến mức độ xanh và sạch cùa sản phẩm quy trình trong tương lai. Các nguyên tắc của hóa học xanh nên được đan xen vào chương trình các m ôn học một cách hợp lý. Đội ngũ giảng dạy phải được trang bị đủ các dụng cụ, trang thiết bị, nguyên vật liệu ... để có thể kết hợp hóa học xanh vào bài giảng hay chương trinh nghiên cứu của m ình một cách hiệu quả.
- Xã hội: Xã hội nói chung có ảnh hưởng lớn đến việc phát triển kỹ thuật hóa học xanh. Sức tiêu thụ ỉà động lực quan trọng trong việc quyết định loại sản phâm m à ngành công nghiệp sản xuât ra, Đôi khi các quy trình hay sản phẩm có tính bền vững đi kèm với m ột cái giá khá cao cả về mặt kinh tê lân m ặt chất lượng, và cl|ính người tiêu thụ sản phẩm là người ra quyết đĩnh về vấn đề này. Ví dụ sự lựa chọn giữa các sản phẩm son nước và sơn dung môi hữu cơ.
C ác n h à q u ă n lý: Các nhà quản lý cũng có m ột vai trò trong việc thúc đây sự phát triên của kỹ thuật hoá học xanh, đưa ra những chính sách thích hợp nhằm khuyến khích sự phát triển bền vững, cũng như bào đảm răng có m ột sân chơi cạnh tranh lành mạnh. Các nhà quản lý cũng có trách nhiệm trong việc thúc đây sự phát triển của các công nghệ xanh và sạch thông qua các cơ chê câp kinh phí thich hợp.
- Công nghiệp: Mục tiêu chính của ngành công nghiệp là ỉợi nhuận. Tuy nhiên, đang có sự tiến triển về mặt nhận thức về yếu tố quyết định đến sự thành công trong lương lai không chi năm ờ một mà ở cả ba vấn đề: kinh tế, môi
GIỚI THIỆU CHUNG vê HÓA HỌC XANH VÀ KỸ THUẬT XANH 39 trường, xã hội. Các chi phí của việc gày ra những thiệt hại cho môi trường ngày một tăng cao và đang ở mức không thể chấp nhận, v ấ n đề này, cùng với sự tăng dần kiến thức về các ảnh hường lâu dài của hóa chất lên môi trường, cùng vói những tiến bộ của kỹ thuật đã giúp cho việc thay thế các sản phẩm hay quy trình chưa xanh và sạch bằng những sản phẩm hay quy trình bền vừng hơn.
Nhìn chung mục tiêu về một xã hội xanh và bền vững không thể đạt được trong một sớm một chiều, m à là một con đường còn đài và chưa chắc chán. Và rất có thể trên con đường đó chúng ta sẽ có một số sai lầm nhất định, ttiy nhiên cần phải nhấn mạnh rang đó là một con đường cần thiết. M ặc dù khoa học có thể giúp cho việc thực thi các ý tưởng về việc hoàn toàn tránh được các mối nguy hiểm, độc hại, ô nhiễm ... xã hội nói chung sẽ quyết định những gì sẽ được chấp nhận, xét về mối tương quan chi phí - lợi nhuận. Như đã trình bày, các ý tưởng hiện đại về hóa học xanh và bền vững chỉ được quan tâm phát triển trong khoảng 2 0 nãm qua, nhưng cần phải thay rằng một số
mục tiêu thật ra đã được quan tâm theo đuổi từ nhiều năm trước. Một ví dụ tiêu biểu là năm 1948, nhà khoa học Hofmann, hiệu trưởng đầu tiên của Trường Hóa học Hoàng Gia Anh (London), đã nhận định: “một nhà m áy hóa chất lý tưởng là một nhà máy không có chất thải m à chỉ có sản phẩm, càng có khả năng tận dụng được giá trị của chat thải của nó, nhà máy càng tiến gần đến trạng thái lý tưởng, và lợi nhuận sẽ càng lớn” . Rồ ràng nhận định đó vẫn còn phù họp với các nguyên tẳc của kỹ thuật hóa học xanh hiện nay.