La chimica verde per combattere l’inquinamento atmosferico

Nei precedenti contributi abbiamo spesso sottolineato il concetto di dover conoscere le principali sostanze inquinanti,  sia dal punto di vista delle conseguenze ambientali e della sicurezza nell’utilizzo, sia dal lato chimico-fisico e  merceologico.

Tutto ciò ha una rilevanza notevole, poiché ricordiamo che molte sostanze, classificate come inquinanti atmosferici (ma anche idrici, del suolo e degli ambienti confinati), sono anche importanti prodotti chimici industriali, su cui si basa buona parte dell’industria, del commercio e dell’agricoltura.

Dunque è necessario trovare, per tentare di arginare e combattere gli effetti dell’inquinamento in generale, la giusta “sintesi” fra lo sviluppo dei processi produttivi industriali e riduzione delle emissioni nocive.  Questo non si può effettuare per l’appunto senza una conoscenza di base del prodotto in sé, anche da parte del cittadino comune.

Il XX secolo è stato un periodo ricco di innovazioni, in cui la chimica ha compiuto enormi balzi in avanti rispetto alle ere precedenti. Sostanzialmente la nostra società odierna non esisterebbe senza questo “periodo storico” dell’industria chimica.

L’industria chimica è il settore trainante dell’età contemporanea e lo “strumento” adatto per soddisfare gli attuali fabbisogni come energie alternative ai combustibili fossili (o quantomeno il loro sfruttamento intelligente), il progresso nel campo farmacologico e nella scienza dei materiali innovativi.

Questa importanza strategica, come comprensibile, ha come altra faccia della medaglia la produzione nel tempo di parecchi rifiuti industriali e di sostanze nocive di scarto, nonché la riduzione delle risorse naturali ed effetti rilevanti sulla salute degli esseri umani, creando al contempo problematiche di stampo ambientale e sociale.

C’è da dire che pure la comprensione degli effetti nell’uso delle sostanze chimiche ha avuto un periodo di limitata visione: se infatti prima si analizzavano le conseguenze a breve termine e/o su scala locale, oggi le indagini si estendono anche sul lungo periodo e/o su scala mondiale.

Negli ultimi anni abbiamo invece visto una particolare sensibilità verso questi temi, e pertanto sono emersi in questo senso alcuni importanti stimoli dal mondo accademico ed istituzionale, fra cui ritroviamo il concetto di chimica verde (green chemistry).

La Chimica Verde

La nozione di chimica verde, chiamata pure a buona ragione chimica sostenibile, è una nuova filosofia nel campo chimico sviluppatasi con maggiore sistematicità a partire dagli anni ’90 del XX secolo, tramite il lavoro di Paul T. Anastas e John C. Warner, nonché altri co-autori; traendo inoltre ispirazione nelle sue fondamenta dallo statunitense Federal Pollution Prevention Act del 1990.

La chimica verde è definita come la “l’utilizzo di tecniche e metodologie chimiche che riducono o eliminano l’uso o la generazione di materie prime, prodotti, sottoprodotti, solventi, reagenti …, i quali sono pericolosi per la salute dell’uomo o per l’ambiente”.

Questo innovativo approccio assume come caposaldo la sostenibilità ed è condensata in 12 principi fondamentali che sono:

• Prevenzione: È preferibile prevenire la produzione di rifiuti piuttosto che trattarli o smaltirli dopo che siano stati creati;
• Economia atomica: Le metodologie di sintesi dovrebbero essere progettate per massimizzare l’incorporazione, nel prodotto finale, di tutti i materiali utilizzati nel processo;
• Sintesi chimica meno pericolosa: Ovunque sia praticabile, le metodologie di sintesi dovrebbero essere progettate per usare e generare sostanze che possiedono poca o nessuna tossicità per la salute umana o per l’ambiente;
• Progettazione di sostanze chimiche più sicure: I prodotti chimici dovrebbero essere progettati preservando l’efficacia della loro funzione, riducendo allo stesso tempo ai minimi termini la loro tossicità;
• Solventi e sostanze ausiliarie più sicuri: L’uso di sostanze ausiliarie (ad es. solventi o agenti di separazione) dovrebbe essere evitato quando possibile e reso innocuo quando il loro utilizzo risulta indispensabile;
• Progettazione per l’efficienza energetica: I fabbisogni energetici dei processi chimici dovrebbero essere riconosciuti per il loro impatto ambientale ed economico, e dovrebbero essere minimizzati. Se è possibile, i metodi di sintesi dovrebbero essere condotti a temperatura e a pressione ambiente;
• Uso di materie prime rinnovabili: Le materie prime usate dovrebbero essere rinnovabili piuttosto che esauribili, ogni qualvolta ciò sia tecnicamente ed economicamente possibile;
• Ridurre i derivati: La produzione di derivati non necessari dovrebbe essere ridotta o evitata, se possibile, questo perché tali passaggi richiederebbero reagenti aggiuntivi e potrebbero generare rifiuti;
• Catalisi: I reagenti catalitici sono più importanti dei reagenti stechiometrici;
• Progettare per il degrado: I prodotti chimici dovrebbero essere progettati in modo che alla fine del loro ciclo di funzionamento si scompongano in innocui prodotti di degradazione e non persistano nell’ambiente;
• Analisi in tempo reale per la prevenzione dell’inquinamento: Le metodologie analitiche dovrebbero essere ulteriormente sviluppate per consentire il monitoraggio e il controllo in tempo reale (real-time) e durante il processo (in-process), prima della formazione di sostanze pericolose;
• Chimica intrinsecamente più sicura, per una prevenzione più sicura: Le sostanze utilizzate in un processo chimico e la loro forma dovrebbero essere scelte in modo tale da ridurre al minimo il potenziale di incidenti chimici, compresi rilasci, esplosioni e incendi.

Gli scopi della chimica verde

In linea generale, potremmo configurare la chimica verde come l’utilizzo della scienza chimica per la prevenzione dell’inquinamento e dell’impatto ambientale, sotto gli auspici dello sviluppo sostenibile, che viene illustrato nel Rapporto Brundtland del 1987 come “lo sviluppo che è in grado di soddisfare i bisogni delle generazioni attuali senza compromettere la possibilità che le generazioni future riescano a soddisfare i propri.

I dodici criteri summenzionati, come “regole di progettazione” di prodotti e processi chimici che riducono o eliminano l’uso o la generazione di sostanze pericolose, hanno come base un’attenta pianificazione della sintesi chimica e una prospettiva sistemica.

Non a caso, i dogmi della chimica verde sono applicati in ogni fase del ciclo di prodotto chimico: dalla progettazione e produzione, fino all’utilizzo ed allo smaltimento finale.

La chimica verde perciò non è una nuova sezione della chimica, ma un nuovo modello culturale e scientifico, che trova la sua ragion d’essere in tutte le aree della chimica. Ha trovato dunque terreno fertile in moltissimi settori industriali: aerospaziale, automobilistico, cosmetico, elettronico, energetico, prodotti per la casa, farmaceutico, agricoltura.

Quindi essa travalica i confini dei laboratori chimici di ricerca e tocca non solo, come visto, il settore industriale, ma anche l’ambiente, l’istruzione ed il pubblico.

Inoltre, la concezione di chimica verde non trascura gli aspetti economici, proponendosi come esempio redditizio attraverso tecnologie premiate ed economicamente competitive.

È un aspetto essenziale di tutto l’impianto, poiché la relazione è molto semplice: se la chimica verde non apporta benefici economici, essa non sarà praticabile. Comunque però, allo stesso tempo, se il mercato trascura le esigenze dell’ambiente, non avrà il giusto progresso.

Altri aspetti salienti nell’adozione della chimica verde è la riduzione di investimenti nello stoccaggio e nel trattamento delle sostanze effluenti, così come minori pagamenti  a titolo di indennizzo per i danni ambientali.

Gli obbiettivi della chimica verde

La mitigazione o l’eliminazione del rischio e la prevenzione dell’inquinamento partendo dai costituenti della materia, le molecole, sono gli elementi essenziali della chimica verde, che si distingue da altre tecniche come le bonifiche.

Infatti quest’ultime correggono i danni (trattamento dei rifiuti, pulizie) una volta che le materie pericolose sono immesse nell’ambiente, rimuovendole. Invece al contrario la chimica verde in primis tenta proprio di tener fuori dall’ambiente le sostanze pericolose.

I vantaggi sono indubbi, e fra i molti ricordiamo:

• Aria ed acque più pulite, con conseguente innalzamento della loro qualità;
• Meno rischi per i lavoratori;
• Prodotti di largo consumo, alimenti e pesticidi più sicuri, materiali meno tossici;
• Salvaguardia degli ecosistemi, con riduzione dello smog e del riscaldamento globale, e con la riduzione del numero di discariche (specialmente quelle per i rifiuti pericolosi);
• Rese delle reazioni chimiche più elevate, che comportano l’utilizzo dunque di meno materie prime a parità di prodotto finito;
• Meno passaggi nei processi di sintesi, con conseguente aumento della capacità produttiva dell’impianto e risparmio di energia;
• L’aumento della produttività porta alla riduzione dello spazio necessario per la costruzione di uno stabilimento;
• Minor utilizzo di prodotti petroliferi;
• Miglior gestione del ciclo dei rifiuti, anzi i prodotti di scarto diventano essi stessi materie prime.

Bibliografia ed approfondimenti

• PT Anastas e JC Warner, in Green Chemistry: Theory and Practice , Oxford University Press, New York, 1998.
• Paul Anastas e Nicolas Eghbali, in Green Chemistry: Principles and Practice; Chim. soc. Rev. , 2010, 39 , 301-312.
• P.T. Anastas, Crit. Rev. Anal. Chem. 29 (1999) 167.
• Marco, Bianca & Rechelo, Bárbara & Tótoli, Eliane & Kogawa, Ana & Salgado, Herida. (2018). Evolution Of Green Chemistry And Its Multidimensional Impacts: A Review. Saudi Pharmaceutical Journal. 27. 10.1016/j.jsps.2018.07.011.
• S. Armenta, S. Garrigues, M. de la Guardia, Trends in Analytical Chemistry, Vol. 27, No. 6, 2008, Elsevier
• Chimica verde, in Lessico del XXI Secolo, Istituto dell’Enciclopedia Italiana, (2012).
• Economia atomica, in Lessico del XXI Secolo, Istituto dell’Enciclopedia Italiana, (2012).
• Brundtland, G.H. (1987), Our Common Future: Report of the World Commission on Environment and Development. Geneva, UN-Dokument A/42/427.
• Green chemistry, in epa.gov, di United States of America Enviromental Protection Agency (EPA), https://www.epa.gov/greenchemistry.