Az áramlásos szintézisek és a zöld kémia kapcsolata

Manapság az ipari termelés során egyre fontosabb elvárás a környezettudatosság, és ezáltal a modern kémiai szintéziseknek egyre komolyabb követelményeknek kell megfelelniük. Ezek a tényezők nagyon fontos mozgatórugói annak, hogy az elmúlt évtized során az olyan új, fenntartható szintézis módszerek, mint az áramlásos kémia elterjedése jelentősen felgyorsult. Ebben a bejegyzésben ezért a folyamatos áramú szintézis módszerek és a zöld kémia kapcsolatáról fogok értekezni.

A zöld kémiát a kémiai termékek tervezését, termelését és felhasználását irányító egységes alapelvrendszerként lehet a legegyszerűbben definiálni, amely eredményeként csökken vagy megszűnik a környezetre veszélyes anyagok előállítása és felhasználása, vagyis csökken a környezeti terhelés (1. ábra). Noha a konvencionális felfogás szerint a kémiai szintézis hatékonyságát egyedül a hozam jelenti, nem nehéz azonban belátni, hogy a jelen igényeit nem lehet a végtelenségig az újabb generációk rovására kielégíteni, ezért olyan folyamatokra van szükség, amelyek egyszerre hatékonyak és környezettudatosak is. A zöld kémia rohamos terjedése annak a felismerésnek is köszönhető, hogy a környezetbarát technológiák hosszú távon a leggazdaságosabbak. 

1. Ábra: a zöld kémia népszerű logója.

Anastas és Warner a "Zöld kémia: elmélet és gyakorlat" című könyvében 1998-ban foglalta össze a zöld kémia céljait az alábbi alapelvek formájában: 

1. Jobb megelőzni a hulladék keletkezését, mint keletkezése után kezelni.
2. Szintézisek tervezésénél törekedni kell a kiindulási anyagok maximális felhasználására, vagyis a minél nagyobb atomhatékonyságra.
3. Lehetőség szerint már a szintézisek tervezésénél olyan reakciókat célszerű választani, melyekben az alkalmazott és a keletkező anyagok nem mérgező hatásúak és a természetes környezetre nem ártalmasak.
4. A kémiai termékek tervezésénél törekedni kell arra, hogy a termékekkel szembeni elvárások teljesítése mellett mérgező hatásuk minél kisebb mértékű legyen.
5. A segédanyagok használatát minimalizálni kell, s amennyiben mégis szükséges, válasszunk zöldeket.
6. Az energiafelhasználás csökkentésére kell törekedni.
7. Megújuló nyersanyagokból válasszunk vegyipari alapanyagokat.
8. A felesleges származékképzést kerülni kell.
9. Reagensek helyett szelektív katalizátorok alkalmazását kell előtérbe helyezni.
10. A kémiai termékeket úgy kell megtervezni, hogy használatuk végeztével ne maradjanak a környezetben, és bomlásuk környezetre ártalmatlan termékek képződéséhez vezessen.
11. Új és érzékeny analitikai módszereket kell használni a vegyipari folyamatok in situ ellenőrzésére, hogy a veszélyes anyagok keletkezését idejében észleljük.
12. A vegyipari folyamatokban olyan anyagokat kell használni, amelyek csökkentik a vegyipari balesetek valószínűségét és fokozzák az üzembiztonságot.

Az előző bejegyzéseimet átolvasva nem nehéz belátni, hogy az áramlásos kémia alkalmazásával számos alapelv kielégíthető. Az áramlásos módszerek fokozott hő- és anyagátadási tulajdonságai kiemelkedő szelektivitást ígérnek, amivel például az 1., 2. és 8. elvek irányába tehetünk lépéseket. A minimális oldószer és reagens igényű mikroreaktorok alkalmazásával a 4. és 5. pontok tűnnek elérhetőnek. A magas nyomású/hőmérsékletű körülmények rutin szerű és pontos alkalmazása a 2., 5. és 8. pontok tekintetében lehet kecsegtető. A tölthető oszlopokkal ellátott moduláris mezoreaktorok alkalmazásával a szelektív katalitikus folyamatok végrehajtásnak nyílik új fenntartható formája, mellyel egyben a 9. alapelvet elégítjük ki. Az áramlásos reaktorok és analitikai berendezéseknek a 11. alapelv szerinti, ún. in line, összekapcsolása ma már igen elterjedt megoldás a reakciók lejátszódásának in situ követésére. Végezetül pedig a modern áramlásos berendezések által nyújtott fokozott biztonság és paraméter tér a 12. alapelv egyértelmű érvényesülését teszi lehetővé.

Mindezek ismeretében nem nehéz belátni, hogy az áramlásos kémiára miért is tekintünk modern, fenntartható eszközként.

ö.s.