2.10: Principios Básicos de la Química Verde

De la discusión anterior, debería ser obvio que existen ciertos principios básicos de la química verde. Algunas publicaciones reconocen “los doce principios de la química verde”. ² En esta sección se abordan los principales de estos.

Como bien sabe cualquiera que alguna vez haya derramado el contenido de un contenedor de alimentos en el piso, es mejor no hacer un desastre que limpiarlo una vez hecho. Aplicada a la química verde, esta regla básica significa que la prevención de residuos es mucho mejor que la limpieza de residuos. El incumplimiento de esta simple regla ha resultado en la mayoría de los sitios problemáticos de desechos peligrosos que están causando problemas en todo el mundo hoy en día.

Una de las formas más efectivas de prevenir la generación de desechos es asegurarse de que en la medida de lo posible todos los materiales involucrados en la elaboración de un producto deben ser incorporados al producto final. Por lo tanto, la práctica de la química verde se trata en gran parte de la incorporación de todas las materias primas al producto, si es posible. Probablemente no favoreceríamos una receta de comida que generara mucho subproducto no comestible. La misma idea se aplica a los procesos químicos. En ese sentido, el concepto de economía atómica discutido en la Sección 2.6 es un componente clave de la química verde.

Se debe evitar el uso o generación de sustancias que representen peligros para los humanos y el medio ambiente. Dichas sustancias incluyen sustancias químicas tóxicas que pueden ser peligrosas para los trabajadores. Incluyen sustancias que probablemente se conviertan en contaminantes del aire o del agua y dañen el medio ambiente u organismos en el medio ambiente. Aquí la conexión entre la química verde y la química ambiental es especialmente fuerte.

Los productos químicos deben ser lo más efectivos posible para su propósito designado, pero con toxicidad mínima. La práctica de la química verde está logrando avances sustanciales en el diseño de productos químicos y nuevos enfoques para el uso de productos químicos de manera que se mantenga la efectividad e incluso se mejore mientras se reduce la toxicidad.

La síntesis química así como muchas operaciones de fabricación hacen uso de sustancias auxiliares que no forman parte del producto final. En síntesis química, dicha sustancia consiste en disolventes en los que se llevan a cabo reacciones químicas. Otro ejemplo consiste en separar agentes que permiten la separación del producto de otros materiales. Dado que este tipo de materiales pueden terminar como desechos o (en el caso de algunos solventes tóxicos) plantean riesgos para la salud, el uso de sustancias auxiliares debe minimizarse y preferiblemente evitarse totalmente.

El consumo de energía plantea costos económicos y ambientales en prácticamente todos los procesos de síntesis y fabricación. En un sentido más amplio, la extracción de energía, como los combustibles fósiles bombeados o excavados del suelo, tiene un potencial significativo de dañar el medio ambiente. Por lo tanto, se deben minimizar los requerimientos de energía. Una forma en la que esto se puede hacer es mediante el uso de procesos que ocurren cerca de las condiciones ambientales, más que a temperatura o presión elevadas. Un acercamiento exitoso a esto ha sido el uso de procesos biológicos, los cuales, por las condiciones bajo las cuales crecen los organismos, deben ocurrir a temperaturas moderadas y en ausencia de sustancias tóxicas. Dichos procesos se discuten más a fondo en los Capítulos 13 y 14.

Las materias primas extraídas de la tierra se están agotando ya que hay un suministro finito que no se puede reponer después de ser utilizadas. Entonces, siempre que sea posible, se deben utilizar materias primas renovables en lugar de materias primas agotables. Como se discute más adelante en el Capítulo 14, las materias primas de biomasa son altamente favorecidas en aquellas aplicaciones para las que trabajan. Para agotar las materias primas, el reciclaje debe practicarse en la mayor medida posible.

En la síntesis de un compuesto orgánico (ver Capítulo 6), a menudo es necesario modificar o proteger grupos en la molécula orgánica durante el transcurso de la síntesis. Esto a menudo da como resultado la generación de subproductos no incorporados al producto final, tal como ocurre cuando un grupo protector se une a una ubicación específica en una molécula, luego se elimina cuando ya no se necesita la protección del grupo. Dado que estos procesos generan subproductos que pueden requerir eliminación, se debe evitar en la medida de lo posible el uso de grupos protectores en la síntesis de productos químicos.

Los reactivos deben ser lo más selectivos posible para su función específica. En lenguaje químico, esto a veces se expresa como una preferencia por los reactivos catalíticos selectivos sobre los reactivos estequiométricos no selectivos.

Los productos que deben dispersarse en el ambiente deben diseñarse para descomponerse rápidamente en productos inocuos. Uno de los más antiguos, pero aún uno de los mejores, ejemplos de ello es la modificación del surfactante en los detergentes domésticos 15 o 20 años después de que se introdujeron para un consumo generalizado para producir un producto que es biodegradable. El surfactante poco biodegradable utilizado inicialmente causó graves problemas de formación de espuma en plantas de tratamiento de aguas residuales y contaminación de los suministros de agua. La síntesis de un sustituto biodegradable resolvió el problema.

El control preciso en tiempo real de los procesos químicos es esencial para una operación eficiente y segura con una producción mínima de desechos. Este objetivo se ha hecho mucho más alcanzable gracias a los modernos controles computarizados. Sin embargo, requiere un conocimiento preciso de las concentraciones de materiales en el sistema medidas de manera continua. Por lo tanto, la práctica exitosa de la química verde requiere técnicas de monitoreo en tiempo real, junto con el control del proceso.

Los accidentes, como derrames, explosiones e incendios, son peligros importantes en la industria química. Estos incidentes no sólo son potencialmente peligrosos por derecho propio, sino que tienden a propagar sustancias tóxicas al medio ambiente y aumentar la exposición de los humanos y otros organismos a estas sustancias. Por esta razón, lo mejor es evitar el uso o generación de sustancias que probablemente reaccionen violentamente, quemen, acumulen presiones excesivas, o de otra manera causen incidentes imprevistos en la fabricación proceso.

Los principios señalados anteriormente se desarrollan en mayor grado en el resto del libro. Deben tenerse en cuenta al cubrir secciones posteriores.