ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEK
1.6 1.5
A fenntartható vegyipar eddigi eredményei és további megvalósításának akadályai Tárgyszavak: vegyipar; fenntartható fejlődés.
A „green chemistry” és ikertestvére (vagy a vele akár egyenértékű) „sustainable chemistry” , azaz a zöld, tehát fenntartható vegyipar, szakértők szerint várható felfutásának még csak kezdeténél tart. Így a fenntarthatóság szószólói a vegyipart, a régi felfogással ellentétben a legkevésbé sem tekintik érett iparágnak. Egyre több szakember, tudományos és kísérleti műhely – keres alternatív megoldást oldószerben lejátszódó reakciókra, – próbál helyettesíteni többlépcsős, védőcsoportokkal végrehajtott szintéziseket „atomokkal takarékoskodó”, kevesebb lépésből álló reakcióval és – végez új szerves anyagok kifejlesztésekor kockázatbecslést az egyes molekulaszerkezetek hatásai alapján. A fenntartható vegyipar fő általános jellemzői, ill. céljai: – megújuló nyersanyagokból gyártott termékek, – energiát és erőforrásokat kímélő szintézisek új típusú katalizátorokkal, valamint – szerves oldószerek helyettesítése ártalmatlanabbakkal. Mindebben már ma is felmutathatók tudományos és műszaki sikerek, amelyek nemzetközi példákkal szemléltethetők.
Megújuló nyersanyagok felhasználása A világon évente fából, gabonából, valamint élelmiszer- és más haszonnövényekből kb. egyenlő arányban termelődő 170 Mrd t biomasszát a gazdaság különböző ágai csak 3–4%-ban hasznosítják. A Németország és az USA által felhasznált nyersanyagoknak csupán kb. 10%-a megújuló forrás, de ez az arány az USA Nemzeti Kutató-
tanácsának (National Research Council) előirányzata szerint 2020-ra eléri a 25%-ot. E téren úttörő kezdeményezések mellett már realizált eredményeket is be lehet mutatni: A természet „előszintézisként” nyújtott teljesítményének mind ökológiai, mind gazdasági hasznosítását példázza az olajkémiai profilú Cognis társaság, amely a világ minden tájára szállít természetes nyersanyagokból gyártott vegyi termékeket. Széles kínálatának kiindulási anyagai: kókusz-, pálma-, pálmamag- és szójaolaj, amelyekből a cég a kozmetikai, az élelmiszer- és a gyógyszeripar számára kiindulásként szolgáló zsírsavakat, zsírsav-metilésztereket, glicerint és zsíralkoholokat állít elő, túlnyomórészt saját fejlesztésű eljárásokkal. A pálmaolajból nyert növényi észterek a kőolaj- és földgázkitermelés segédanyagaiként fúróöblítőként is beváltak. Előnyük, hogy a fúrólisztet vissza lehet engedni a tengerbe. Amerikai egyetemi kémikusok rábukkantak természetes nyersanyagok elfelejtett ipari felhasználásának, így a részben zabhüvelyből és kukoricacsutkából kiinduló nylongyártásnak a dokumentumaira. Ki is fejlesztették a nylon egyik komponensének, az adipinsavnak a glükózból kiinduló gyártástechnológáját e két növényi hulladékra alapozva. A kezdeti eredmények bíztatók. A németországi Teltowban működő Biopos (bioaktív polimerrendszerek) kutatóintézet az országban az elsők közt épít fel egy ún. biofinomítót, amely az intézet meglevő zöldhulladék-szárítójához csatlakozva, az itt a biomassza sajtolásából származó – léből fehérjéket és fermentáló közegeket fog előállítani, – a préspogácsát pedig takarmánnyá, szálerősítésű szerkezeti anyagokká és a levulinsav-szintézis alapanyagává dolgozzák fel. A biofinomítók gazdaságos termelésére példa a Cargill-Dow (Nebraska állam, USA) üzeme, amely kukoriahulladékból ma már évi 14 000 t „ökoműanyagot” termel. A cég eljárása szerint a kukoricakeményítő lebontásával nyert glükózszirupot átalakítják tejsavvá, amelynek polimerizátuma műszál gyártására alkalmas.
Kémiai szintézis biokatalizátorokkal Enzimek által katalizált biológiai folyamatokat az emberiség ősidők óta alkalmaz. A modern biokatalízis fejlődésében mérföldkőnek tekinthető a Degussa enzimmembrános reaktora, amely elsőként kapcsolja ösz-
sze ultraszűrő membránnal a reaktorban végbemenő enzimes reakciót és a homogén katalízis előnyeit. A Degussa új fejlesztése egy a természetben nem található aminosav, a terc-L-leucin (L-Tle) termelése, amely aszimmetrikus szintézisek segédanyaga, valamint rák és vírusfertőzések elleni gyógyszerek egyik szerkezeti eleme. Az aminosav előállítása „papíron” egyszerű: a megfelelő ketokarbonsavat a leucindehidrogenáz ammóniává és L-Tle-vé redukálja. A nehézség az, hogy – a természetes sejt feltételeivel ellentétben – a technikai szintézisekben hidrogént szolgáltató kofaktorként nélkülözhetetlen a NADH, mégpedig ekvivalens mennyiségben. Ez a drága vegyület nem tette lehetővé az L-Tle szintézisének gazdaságos ipari realizálását. A helyzetet az a felfedezés oldotta meg, hogy a Candida boidinii élesztőgombából izolált formiát-dehidrogenáz segítségével, különféle rendszerekhez adva, regenerálódik a NADH kofaktor. Szintén a kémiai szintézissel konkurál a Parkinson-kór kezelésére használt L-dopa előállítása, amely pirokatechinből, pirosszőlősavból és ammóniából indul ki, és az L-tirozil-fenol-liáz dezamináló enzimet alkalmazza. A közbenső termékként keletkező dehidroszerinhez a pirokatechin sztereoszelektív addicíiójával jön létre az L-dopa azáltal, hogy az enzim természetes szubsztrátuma, a fenol helyett „elfogadja” a pirokatechint.
Nagy nyomáson alkalmazott „zöld oldószerek” – Szerves oldószerek helyettesítésére számos folyamatban beváltak szuperkritikus folyadékok. Első alkalmazásaik közé tartozik az alkaloidok eltávolítása kávéból és teából. Az extrakciós program a Degussánál a koffeinmentesítésen kívül ● a komló extrahálására, ● a kakaó és ● a földimogyoró zsírtalanítására terjed ki. – A szuperkritikus (sc) állapotú anyagok nem kémiai alkalmazására példa meghatározott méretű polimer részecskék előállítása. Az autóipari lakkokban a poliamid szemcsék szűk méreteloszlásával szigorú minőségi követelményeknek kell eleget tenni. Ehhez ugyancsak a Degussánál scCO2-t használnak olyan módon, hogy a szuperkritikus állapot hirtelen megszűntetésével kiválnak a nagyjából azonos méretű oldott polimer szemcsék. – A DuPont-nál a teflongyártásban scCO2-vel helyettesítik a triklórtrifluor-etánt.
– A nanoelektronikában az scCO2 ellenőrizhető párolgási üteme megengedi extrém vékony és egyenletes lakkrétegek leválasztását. – Viszonylag új technika ionos folyadékok mint kedvezően kis gőznyomású „green solvents”, azaz „zöld oldószerek” használata. Amerikai kutatók klór-aluminátokkal kísérleteznek, amelyek szobahőmérsékleten még folyadékok, és alkalmasak kationos polimerizálásra, valamint elektrofil acilálásra és alkilálásra.
Űrjárművek és -eszközök környezetkímélő hajtóanyagai Az űrkutatás is törekszik mérgező üzemanyag-kombinációit a Föld és az űrállomások légkörét nem szennyező hajtóanyagokkal helyettesíteni. Rakéták hajtására jelenleg a fűtőtérben egyesített cseppfolyós hidrogént és oxigént, továbbá hidrazint használnak, amely utóbbi nitrózus gázok kibocsátása miatt rendkívül környezetszennyező. A cseppfolyósított gázok nagy hátránya az előállításukhoz és hűtésükhöz szükséges energia. Az eddig űrprogramban (de csak kisebb, pl. helyzetkorrigáló hajtóművekben) kipróbált hajtóanyagok („green propellants”) közül kétségtelenül a hidrogén-peroxid a legkedvezőbb mind energiamérlegét, mind a környezeti hatásait tekintve, amennyiben bomlásakor nem termelődnek káros vegyületek. Az ilyen célú használatban megkívánt tisztaságú H2O2 gyártásához csak a Degussa és az FMC rendelkezik a kellő know-howval. Szakértők szerint azonban „zöld” rakéta- és űrjármű-üzemanyagok nagyobb választékának kifejlesztése és tömeges gyártása csak idő kérdése.
Konferencia a fenntartható vegyiparról A német Szövetségi Környezetügyi Hivatal (Umweltbundesamt, UBA) 2004 januárjában Dessauban konferenciát rendezett („Sustainable chemistry – integrated management of chemicals, products and processes” vagyis „Fenntartható vegyipar – vegyszerek, termékek és folyamatok összevont irányítása”), hazai csúcsszervek és nemzetközi szervezetek támogatásával, 14 országból érkezett szakértők részvételével. A konferencia helyszínéül a német kisvárost egyrészt mint az UBA leendő székhelyét, másrészt mint egy olyan régióban (nagyrészt Szászország-Anhalt szövetségi tartomány) levő várost választották, ahol az elmúlt 15 év alatt végbement a veszélyes, szennyező vegyipar átalakulása korszerű, erőforrásokat kímélő termelőágazattá.
A fenntartható (vagy „zöld”) vegyipar felé – annak legtekintélyesebb hirdetői szerint – nem terjedelmes törvényi szabályozáson keresztül vezet az út, ennél sokkal fontosabbnak tartják a széles körű együttműködéseket az iparral, az ipari vezetők részéről pedig felelősségük tudatosítását a hatósági előírások betartásán túl is. Hatóságok és felügyeleti szervek képviselői viszont a termelés szigorúan meghatározott keretfeltételeinek jelentőségét emelték ki. Az UBA részéről hangsúlyozták azt is, hogy a környezet védelme érdekében nyereséges szituációkat kell teremteni, az ökológiai célokat a versenyképesség megőrzése mellett kell elérni.
A környezet- és munkavédelmet szolgáló vegyi anyagok A felszólalók bírálták a kongresszuson ismertetett új EU-rendelet tervezetet, („REACH”), amely korszerű vegyianyag-menedzsmentet körvonalaz. Az Európai Vegyipari Szövetség (CEFIC) küldötte átgondolatlannak minősítette a tervezetet, és annak az aggodalmának adott hangot, hogy az a jövőben megakadályozza több vegyszer gyártását és a fenntarthatóságnak kedvező innovációk megvalósítását. Munkavédelmi szakértők kétségbe vonták, hogy a REACH szavatolná vegyszerek gyártását a fenntarthatóság jegyében. Kis és közepes vállalatok ugyanis ritkán tudnak megfelelni a veszélyes vegyi anyagok biztonságos kezelésére vonatkozó követelményeknek. Többnyire a kisebb kockázatú alternatívák kiválasztásához szükséges megbízható információs rendszer sem áll rendelkezésükre. Erre feleletként a gyártók nevében a BASF illetékese emlékeztetett, hogy veszélyes termékeik mellől sohasem marad el a kimerítő munkabiztonsági tájékoztatás. A német Szövetségi Munkavédelmi és Munkabiztonsági Intézet illetékese a témához kapcsolódva ismertetett egy rendszertervezetet, amely a vegyi anyagok besorolása és megjelölése alapján intézkedéseket vezet le, és az eredendő vegyszertulajdonságokat összekapcsolja a fenntarthatóság eszméjével. Vegyipari vállalatok képviselői példákat hoztak teljes biztonsággal kezelhető és fenntartható gyártmányaikra: – biológiailag oldható ásványi szálak (Thermal Ceramics, Franciaország), – polimerek, fertőtlenítőszerek (Degussa, Németország), – ragasztók (SIKA, Svájc), – kétbázisú észterek mint oldószerek (Invista, Németország), két cég részéről hozzátéve, hogy termékeik piacra való bevezetését törvényes előírások gátolják.
A veszélyes vegyi anyagok helyettesítésével kapcsolatban is megoszlottak a vélemények. Egyes felszólalók e téren is állami szabályzást várnak el. A svéd Országos Vegyszerfelügyelet küldöttjének tájékoztatása szerint e téren a REACH követelményeit is igyekeznek meghaladni. Többen vallották, hogy a helyettesítést rá kell bízni a gyártók és felhasználók felelősségére, amire azonban csak akkor van mód, ha veszélytelen alternatívákat is lehet választani.
Gyártó- és feldolgozó eljárások A fenntartható vegyipari termelés legfontosabb eleme – a kevesebb energiát és anyagi erőforrást felhasználó, valamint – kevesebb káros gázt, folyadékot és hulladékot kibocsátó technológiák alkalmazása. Ugyancsak a fenntarthatóság jegyében kellene bővíteni a vegyipar megújuló nyersanyagbázisát, amely jelenleg nem több a világtermelés alapanyagainak 8%-ánál. Nagy teret szentelt a konferencia a biotechnikai és katalitikus szintézisek kifejlesztésének. Több előadó taglalta a három legígéretesebb fejlesztési irányként – éppen a katalitikus eljárásokat, – az alternatív oldószereket és – a mikroprocesszoros technológiákat. Egy brit tanácsadó cég szakembere előadásában azzal foglalkozott, hogy miért nem terjednek gyorsabban a fenntartható technológiák, amelyek nem ritkán még kifizetődőek is. Arra a megállapításra jutott, hogy a vállalatok többnyire sajnálják a pénzt az induló beruházásra, máskor attól tartanak, hogy a termék késve kerül piacra. Megalapozott választás és fejlesztés helyett „quick-and-dirty” (gyors és szennyes) termelési programok valósulnak meg – a tanácsadó cégek örömére és hasznára. Gátló tényező sokszor a klasszikus képzésű szerves kémikusok hiányos tudása és együttműködése a biotechnika és a biokatalízis lehetőségeinek kipróbálásához.
Termékek Fenntartható termékek előállításának feltétele és kerete csak integrált termékpolitika lehet, amely
– egyfelől igyekszik kibővíteni a fenntartható termékek piaci részesedését, – másfelől minimálisan teljesítendő normákat állít fel. A fenntarthatóság megítélésébe – amelynek legfontosabb módszertani eleme az ún. életciklus-elemzés (LCA = life cycle assessment) – egyenrangúan kell bevonni gazdasági, ökológiai és társadalmi tényezőket, a realizáláshoz pedig „közös asztalhoz kell ültetni” az összes résztvevőt a gyártótól a magánfelhasználóig, amint ez egy dán „product panelben” már sikerült. A Henkel cégnél pedig mosószerekre már ki is dolgoztak egy ilyen rendeltetésű párbeszéden alapuló kommunikációs programot, amelyhez kidolgozták a fenntarthatósági termékmutatókat is.
A fenntarthatóság a gyakorlatban A fenntartható vegyipar megvalósításának minden mást megelőző feltételeként definiálni kell a fenntarthatóság mutatóinak rendszerét. Ilyen rendszert a fenntarthatósági kritériumok hatósági ellenőrzésére és az e téren elért eredmények vállalaton belüli mérésére két előadó is ismertetett. A konferencia záró szakaszának felszólalói az innovációk és helyettesítések akadályainak kérdéskörét vizsgálták. A probléma komplex voltának és az előre nem látható következmények fékező hatásának közhelyszerű megállapítása mellett leszögezték, hogy helyettesítéseket nem lehet a törvény erejével kikényszeríteni, támogatásuk csak – a piaci erőktől, – felelősségek szabályozásától és – a közvélemény kritikus magatartásától várható. Az előadók végül a fenntarthatóságra irányított vegyészképzés fontosságát hangsúlyozták. Záróaktusként a kiadó bemutatta a „fenntartható vegyipar atyjaként” tisztelt amerikai szenátor „Green Chemistry” című könyvének német változatát. A résztvevők „Dessau szellemének” erősítőjeként üdvözölték a mű megjelenését. Összeállította: Dr. Boros Tiborné Froböse, R.: Green Chemistry – Schlagwort oder Synonym für Innovation? = Nachrichten aus der Chemie, 52. k. 6. sz. 2004. p. 661–665. Steinhauser, K. G.; Richter, S.; Penning, J.: Sustainable Chemistry in Dessau. = Nachrichten aus der Chemie, 52. k. 6. sz. 2004. p. 672–674.
