La Química Verde

por: José Ricardo Gómez Romero

La química ha sido y es una fuente de bienestar y comodidad para el ser humano. De alguna manera, al dar origen a los diversos productos que cada día nos simplifican y hacen más agradable la vida, se ha ganado buena parte del crédito por el mejoramiento del nivel de vida que actualmente disfrutamos.

Hasta hace algunos años se consideraba que el desarrollo tecnológico implicaba necesariamente un costo ambiental que pagar y un peligro potencial para el ciudadano común. Del mismo modo, no se tenía conciencia de la posibilidad del agotamiento de los recursos naturales empleados como materias primas de los procesos de producción. Otro problema era la inadecuada disposición de desechos directamente y de manera indiscrimada al aire, agua y suelo.

¿Qué es la química verde?

Se trata de una filosofía que consiste en el esfuerzo colectivo para reducir al mínimo, o de ser posible eliminar por completo la contaminación desde su inicio: mediante el uso de procesos “limpios”, evitando al máximo el desperdicio o uso indiscriminado de materias primas no renovables, así como el empleo de materiales peligrosos o contaminantes en la elaboración de productos químicos “limpios”, que no atenten contra la salud o el ambiente.

Los medios que utiliza la química verde se centran en la disminución o la eliminación del uso de productos químicos tóxicos y el reciclaje de los desechos producidos por el avance tecnológico, de una manera creativa de tal forma que se consiga un mínimo impacto a los seres humanos y al medio ambiente, sin sacrificar el avance científico y tecnológico. Existen además de la química verde otros medios para prevenir la generación de contaminantes, como los controles de ingeniería, el control de inventarios y la optimización de procesos.

La diferencia entre la química verde y la química del ambiente es que mientras esta última tiene como objetivo el saneamiento y remediación de los efectos en el ambiente de los procesos contaminantes, la química verde intenta prevenir la contaminación en su origen.

En la práctica, los objetivos y las tareas de la química verde cuentan con programas propios, cada vez más claros y específicos, colaborando además en actividades conjuntas con la American Chemical Society y la Royal Society of Chemistry. Debido a ello cada vez un mayor avance en la aplicación del criterio de prevenir la contaminación antes de que ésta se produzca, en lugar de reprocesar productos para descontaminar, llevando como lema que simplemente es mejor prevenir que remediar (epa, dfe, 2002).

Origen de la química verde

Durante el periodo previo al advenimiento de la legislación se acostumbraba la liberación de los contaminantes en forma directa en el aire, agua y suelo. Por otro lado, se pensaba que el decremento en la concentración de los contaminantes en el medio era una solución suficiente para reducir los efectos de estas sustancias, lo que es conocido como “la dilución en la solución a la contaminación” (Anastas, 1998).

Posteriormente, con el avance en la normatividad y el conocimiento de los mecanismos de acción de los contaminantes en el medio, se generaron límites para la emisión de contaminantes al ambiente. La solución más adecuada para esto parecía ser el uso de equipos de control de emisiones que sirvieran como barreras para cumplir con los requerimientos de la ley. En 1990 se aprobó el Acta para Prevención de la contaminación (Pollution Prevention Act) en Estados Unidos, lo cual ayudó de manera importante a prevenir la generación de contaminantes a través de medios como los controles de ingeniería, el control de inventarios, la optimización de procesos y el desarrollo de la química verde.

Los principios de la química verde

Los 12 principios de la química verde, publicados originalmente por Paul Anastas y John Warner en el libro Green Chemistry: Theory and Practice (Oxford University Press, Nueva York, 1998), proporciona una amplia visón para los químicos de cómo implantar la química verde. Basados en este nuevo enfoque de prevención de la contaminación mediante la concientización en el diseño de productos y procesos químicos el programa de química verde de la epa activó una iniciativa denominada Design for the Environment Program.

Estos principios abarcan conceptos como: el diseño de procesos que maximicen los rendimientos de la materia prima hacia los productos deseados; el uso de sustancias ambientalmente seguras, incluyendo solventes, cuando ello sea posible; el diseño de procesos energéticamente eficientes; la mejor forma de disposición de desechos, entre otras.

Los doce principios de la química verde son:

•Prevenir desechos: Diseñar las síntesis químicas para prevenir desperdicios que limpiar o tratar.

•Diseñar reactivos y productos químicos más seguros: Diseñar los productos químicos que sean realmente eficaces, de baja o nula toxicidad.

•Diseñar síntesis químicas menos peligrosas: Diseñar métodos de síntesis que empleen y generen baja o nula toxicidad a los seres humanos y al ambiente.

•Utilizar materias primas renovables: Utilizar materias primas y materias de base que sean renovables, en lugar de los que no lo sean. Las materias primas renovables se obtienen a menudo de productos agrícolas o son el desecho de otros procesos; las materias primas no renovables se obtienen de los combustibles fósiles (petróleo, gas natural, o carbón) o son explotados.

•Utilizar catalizadores, en lugar de reactivos estequimétricos: Reducir al mínimo el desperdicio usando reacciones catalíticas. Los catalizadores se utilizan en cantidades pequeñas y pueden llevar a cabo una reacción muchas veces. Son preferibles a los reactivos estequiométricos, que se utilizan en exceso y sirven para una sola ocasión.

•Evitar los derivados químicos: Evitarlos mediante el uso de inhibidores o grupos de protección o cualquier modificación temporal de ser posible. Los subproductos o derivados utilizan cantidades adicionales de reactivos generando desperdicio.

•Maximizar la economía atómica: Diseñar síntesis en las que el producto final contenga la máxima proporción de los materiales de partida. Debe haber poco, o de ser posible nada de átomos perdidos.

•Utilizar solventes y condiciones de reacción más seguros: Evitar el uso de solventes, agentes de separación u otros productos químicos auxiliares. Si estos productos químicos son necesarios, emplear productos químicos que sean lo más inofensivos que se pueda.

•Aumentar el rendimiento energético: Emplear condiciones s de temperatura y presión suaves o atmosféricas siempre que sea posible en los procesos químicos.

•Diseñar los productos químicos y los productos para degradar uso posterior: Diseñar los productos químicos que analizan a las sustancias inofensivas y el uso posterior, de modo que no se acumulen en el ambiente.

•Analizar en tiempo real para prevenir la contaminación: Incluir la supervisión y el control en tiempo real durante el proceso de síntesis para evitar o reducir al mínimo la formación de subproductos.

•Minimizar el potencial de accidentes: Diseñar productos químicos y sus formas (sólido, líquido o gas) que permitan reducir al mínimo el potencial de accidentes químicos incluyendo explosiones, fuegos y fugas al ambiente.

La función de la química verde

La industria química genera muchos productos útiles, entre ellos: antibióticos y medicinas, plásticos, gasolina y otros combustibles, productos agroquímicos como fertilizantes y plaguicidas y telas sintéticas como el nailon, el rayón y el poliéster. Estos productos son importantes pero algunos de ellos, y los procesos químicos que se emplean para fabricarlos, perjudican el ambiente y la salud humana. La química verde se propone reducir la contaminación eliminando la generación de la misma.Cuando los químicos idean una reacción química conforme los principios de este método, prestan mucha atención a la información sobre los posibles riesgos para la salud o el ambiente que presenta una sustancia química, antes de utilizarla en la elaboración de un producto. Es decir, consideran el peligro que plantea una sustancia como propiedad que se debe tener en cuenta junto con las otras propiedades químicas y físicas y eligen aquellas sustancias que reduzcan al mínimo ese peligro.

En su libro titulado: Green Chemistry: Theory and Practice (Química verde: teoría y práctica), Paul Anastas y John Warner exponen 12 principios que constituyen una guía para aquellos químicos que quieran llevar a la práctica la química verde. A continuación se explican cuatro de estos principios:

1. Parta de una base segura. Identifique las reacciones que no precisan sustanciasiniciadoras peligrosas para fabricar el producto deseado.

Este principio minimiza el peligro para los trabajadores en las plantas de fabricación que manejan productos químicos, y previene la descarga accidental de sustancias químicas perjudiciales a causa de escapes o explosiones. Un nuevo método de fabricación de ácido atípico, un producto químico industrial importante, ilustra este principio.

Para fabricar nailon, poliuretano, lubricantes y plastificantes se necesitan cerca de 2 000 millones de kilogramos de ácido adípico. El método normalizado según el cual se fabrica el ácido adípico emplea como material de base la bencina, que puede causar cáncer. En un proceso de reciente creación que usa bacterias genéticamente modificadas o biocatalizadores, la bencina se sustituye por la glucosa simple.Fabricar ácido adípico a partir de una sustancia segura como la glucosa implica que se puede evitar el uso de una sustancia química perjudicial en grandes cantidades si se extiende ampliamente el uso de nuevos procesos como éste.

2. Use materias primas renovables. Ponga mayor énfasis en materiales de inicio renovables como las sustancias derivadas de las plantas en crecimiento, en lugar de los materiales irremplazables como el petróleo y el gas natural.

La glucosa, que se mencionó en el ejemplo anterior como material de inicio, puede extraerse del almidón de maíz o la celulosa que se encuentra en las plantas. Incluso las mazorcas, los tallos y las hojas caídas pueden producir glucosa. A modo de ejemplo, el almidón de maíz se utiliza para producir las pequeñas pelotillas infladas de empaque que protegen los artículos que se transportan dentro de los contenedores. Estas pelotillas pueden reemplazar a los materiales plásticos de empaque fabricados a partir de sustancias químicas basadas en el petróleo.

3. Utilice solventes más seguros. Elimine el uso de solventes tóxicos para disolver los productos reaccionantes.

Los solventes son sustancias químicas que pueden disolver otra sustancia. Muchos solventes que se usan en grandes cantidades en la industria son perjudiciales para la salud o pueden generar otros peligros, como explosiones o incendios. Entre los solventes que se utilizan ampliamente y que presentan riesgos para la salud cabe mencionar: el tetracloruro de carbono, el cloroformo y el percloroetileno.

A veces es posible utilizar en lugar de estos solventes otros más seguros como el agua o el dióxido de carbono líquido. Por ejemplo, recientemente se han desarrollado nuevos procesos para el lavado en seco de la ropa que disuelven la grasa y la suciedad con dióxido de carbono líquido, en lugar del percloroetileno tóxico.

4. Economice átomos. Diseñe reacciones en que la mayoría o todos los átomos con los que se empieza terminan en el producto y no en los productos secundarios de desecho.

Barry Trost, químico de la Universidad de Stanford, ideó este concepto, al que denomina economía del átomo. Un ejemplo de este principio es el proceso mejorado, diseñado en 1991, para producir el analgésico ibuprofeno, que constituye el principio activo de los fármacos de marca registrada Motrin, Advil, Nuprin y Medipren.

En el proceso original, que constaba de seis pasos y que fue concebido en la década de los sesenta, sólo 40% de los átomos reactivos permanecían en el producto (ibuprofeno) y 60% terminaba en productos secundarios no deseados o de desecho. El nuevo proceso de Trost consta de tres pasos y 77% de los átomos reactivos permanece en el ibuprofeno. Este proceso verde elimina cientos de miles de kilogramos de productos químicos secundarios al año y reduce en cientos de miles la cantidad de kilogramos de reactivos que se necesitan para producir ibuprofeno.

La atención a estos principios favorece al ambiente y, a la larga, puede ahorrar dinero a las compañías al reducir el costo del control de la contaminación y la cantidad de energía utilizada.

Fuente: http://www.izt.uam.mx/cosmosecm/QUIMICA_VERDE.html