Borna66
04-10-2009, 11:49 AM
شيمي سبز: پيش‌گيري از آلودگي در سطح مولكولي
شيمي نقشي بنيادي در پيشرفت تمدن آدمي داشته و جايگاه آن در اقتصاد، سياست و زندگي‌روزمره روز به روز پر رنگ‌تر شده است. با اين همه، شيمي طي روند پيشرفت خود، كه همواره با سود رساندن به آدمي همراه بوده، آسيب‌هاي چشمگيري نيز به سلامت آدمي و محيط زيست وارد كرده است. شيميدانها طي سال‌ها كوشش و پژوهش، مواد خامي را از طبيعت برداشت كرده‌اند، كه با سلامت آدمي و شرايط محيط زيست سازگاري بسيار دارند، و آنها را به موادي دگرگونه كرده‌اند كه سلامت آدمي و محيط زيست را به چالش كشيده‌اند. هم‌چنين، اين مواد به‌سادگي به چرخه‌ي طبيعي مواد باز نمي‌گردند و سال‌هاي زيادي به صورت زباله‌هاي بسيار آسيب‌رسان و هميشگي در طبيعت مي‌ماند.
بارها از آسيب‌هاي مواد شيميايي به بدن آدمي و محيط زيست شنيده و خوانده‌ايم. اما، چاره‌ي كار چيست؟ آيا دوري و پرهيز از بهره‌گيري از مواد شيميايي مي‌تواند به ما كمك كند؟ تا چه اندازهاي مي‌توانيم از آنها دوري كنيم؟ كدام‌ها را مي‌توانيم به كار نبريم؟ كدام‌يك از فرآوردههاي شيميايي را مي‌توان يافت كه با آسيب به سلامت آدمي يا محيط زيست همراه نباشد؟ داروهايي كه سلامتي ما به آنها بستگي زيادي دارد، خود با آسيب‌هايي به بدن ما همراه‌اند. آيا مي‌توانيم آنها را به كار نبريم؟ آيا مي‌توان آب تصفيه شده با مواد شيميايي را ننوشيم؟ پيرامون ما را انبوهي از مواد شيميايي گوناگون فراگرفته‌اند كه در زهرآگين بودن و آسيب‌رسان بودن بيش‌تر آنها شكي نداريم و از بسياري از آنها نيز نمي‌توانيم دوري كنيم.
بي‌گمان هر اندازه كه بتوانيم از به كارگيري مواد شيميايي در زندگي خود پرهيز كنيم يا از رها شدن اين گونه مواد در طبيعت جلوگيري كنيم، به سلامت خود و محيط زيست كمك كرده‌ايم. اما به نظر مي‌رسد در كنار اين راهكارهاي پيش‌گيرانه، كه تا كنون كارآمدي چشمگيري از خود نشان نداده‌اند، بايد به راه‌هاي كارآمدتري نيز بيانديشيم كه دگرگوني در شيوه‌ي ساختن مواد شيمايي در راستاي كاهش آسيب‌هاي آنها به آدمي و محيط زيست، يكي از اين راه‌هاست. امروزه، از اين رويكرد نوين با عنوان شيمي سبز ياد مي‌شود كه عبارت است از: طراحي فرآورده‌ها و فرآيندهاي شيميايي كه به‌كارگيري و توليد مواد آسيب‌رسان به سلامت آدمي و محيط زيست را كاهش مي‌دهند يا از بين مي‌برند.
بنيادهاي شيمي سبز
شيمي سبز، كه بيش‌تر به عنوان شيوه‌اي براي پيش‌گيري از آلودگي در سطح مولكولي شناخته مي‌شود، بر دوازده بنياد استوار است كه طراحي يا بازطراحي مولكول‌ها، مواد و دگرگوني‌هاي شيميايي در راستاي سالم‌تر كردن آنها براي آدمي و محيط زيست، بر پايه‌ي آنها انجام مي‌شود.
1. پيش‌گيري از توليد فراورده‌هاي بيهوده
توانايي شيميدانها براي بازطراحي دگرگوني‌هاي شيميايي براي كاستن از توليد فراورده‌هاي بيهوده و آسيب‌رسان، نخستين گام در پيش‌گيري از آلودگي است. با پيش‌گيري از توليد فراورده‌هاي بيهوده، آسيب‌هاي مرتبط با انباركردن، جابه‌جايي و رفتار با آنها را به كم‌ترين اندازه‌ي خود كاهش مي‌دهيم.
2. اقتصاد اتم، افزايش بهره‌وري از اتم
اقتصاد اتم به اين مفهوم است كه بازده دگرگوني‌هاي شيميايي را افزايش دهيم. يعني طراحي دگرگوني‌هاي شيميايي به شيوه‌اي باشد كه گنجاندن بيش‌تر مواد آغازين را در فرآوردههاي نهايي درپي داشته باشد. گزينش اين گونه دگرگوني‌ها، بازده را افزايش و فرآوردههاي بيهوده را كاهش مي‌دهد.
3. طراحي فرايندهاي شيميايي كم‌آسيب‌تر
شيميدانها در جايي كه امكان دارد بايد شيوه‌ي را طراحي كنند تا موادي را به كار برد يا توليد كند كه زهرآگيني كم‌تري براي آدمي يا محيط زيست داشته باشند. اغلب براي يك دگرگوني شيميايي واكنشگرهاي گوناگوني وجود دارد كه از ميان آنها مي‌توان مناسب‌ترين را برگزيد.
4. طراحي مواد و فراورده‌هاي شيميايي سالم‌تر
فراورده‌هاي شيميايي بايد به گونه‌اي طراحي شوند كه با وجود كاهش زهرآگيني‌شان كار خود را به‌خوبي انجام دهند. فراورده‌هاي جديد را مي‌توان به گونه‌اي طراحي كرد كه سالم‌تر باشند و در همان حال، كار در نظر گرفته شده براي آنها را به‌خوبي انجام دهند.
5. بهره‌گيري از حلال‌ها و شرايط واكنشي سالم‌تر
بهره‌گيري از مواد كمكي(مانند حلال‌ها و عامل‌هاي جداكننده) تا جايي كه امكان دارد به كم‌ترين اندازه برسد و زماني كه به كار مي‌روند از گونه‌هاي كم‌آسيب‌رسان باشند. دوري كردن از جداسازي در جايي كه امكان دارد و كاهش بهره‌گيري از مواد كمكي، در كاهش فراورده‌هاي بيهوده كمك زيادي مي‌كند.
6. افزايش بازده انرژي.
نياز به انرژي در فرايندهاي شيميايي از نظر اثر آنها بر محيط زيست و اقتصاد بايد در نظر گرفته شود و به كم‌ترين ميزان خود كاهش يابد. اگر امكان دارد، روش‌هاي ساخت و جداسازي بايد به گونه‌اي طراحي شود كه هزينه‌هاي انرژي مرتبط با دما و فشار بسيار بالا يا بسيار پايين به كم‌ترين اندازه‌ي خود برسد.
7. بهره‌گيري از مواداوليه‌ي نوشدني
دگرگوني‌هاي شيميايي بايد به گونه‌اي طراحي شوند تا از مواد اوليه‌ي نوشدني بهره گيرند. فرآوردههاي كشاورزي يا فرآوردههاي بيهوده‌ي فرآيندهاي ديگر، نمونه‌هايي از مواد نوشدني هستند. تا جايي كه امكان دارد، اين گونه مواد را به‌جاي مواد اوليه‌اي كه از معدن يا سوخت‌هاي فسيلي به دست مي‌آيند، به كار بريم.
8. پرهيز از مشتق‌هاي شيميايي.
مشتق‌گرفتن(مانند بهره‌گيري از گروه‌هاي مسدودكننده يا تغييرهاي شيميايي و فيزيكي گذرا) بايدكاهش يابد، زيرا چنين مرحله‌هايي به واكنشگرهاي اضافي نياز دارند كه مي‌توانند فراورده‌هاي بيهوده توليد كنند. توالي‌هاي جايگزين مي‌توانند نياز به گروه‌هاي حفاظت‌كننده يا تغيير گروه‌هاي عاملي را از بين ببرند يا كاهش دهند.
9. بهره‌گيري از كاتاليزگرها
كاتاليزگرها گزينشي بودن يك واكنش را افزايش مي‌دهند؛ دماي مورد نياز را كاهش مي‌دهند؛ واكنشهاي جانبي را به كم‌ترين اندازه مي‌رسانند؛ ميزان دگرگون‌شدن واكنشگرها به فرآوردههاي نهايي را افزايش مي‌دهند و ميزان فرآوردههاي بيهوده مرتبط با واكنشگرها را كاهش مي‌دهند.
10. طراحي براي خراب شدن
فروآرده‌هاي شيميايي بايد به گونه‌اي طراحي شوند كه در پايان كاري كه براي آنها در نظر گرفته شده، به فرآوردههاي تجزيه‌شدني، بشكنند و زياد در محيط زيست نمانند. روش طراحي در سطح مولكول براي توليد فرآورده‌هايي كه پس از آزاد شدن در محيط به مواد آسيب‌نرسان تجزيه مي‌شوند، مورد توجه است.
11. تحليل در زمان واقعي براي پيش‌گيري از آلودگي
بسيار اهميت دارد كه پيشرفت يك واكنش را همواره پي‌گيري كنيد تا بدانيد چه هنگام واكنش كامل مي‌شود يا بروز هر فراورده‌ي جانبي ناخواسته را شناسايي كنيد. هر جا كه امكان داشته باشد، روش‌هاي آناليز در زمان واقعي به كار گرفته شوند تا به وجود آمدن مواد آسيب‌رسان پي‌گيري و پيش‌گيري شود.
12. كاهش احتمال روي‌دادهاي ناگوار
يك راه براي كاهش احتمال روي‌داهاي شيميايي ناخواسته، بهره‌گيري از واكنشگرها و حلال‌هايي است كه احتمال انفجار، آتش‌سوزي و رهاشدن ناخواسته‌ي مواد شيميايي را كاهش مي‌دهند. آسيب‌هاي مرتبط با اين روي‌دادها را مي‌توان به تغييردادن حالت(جامد، مايع يا گاز) يا تركيب واكنشگرها كاهش داد.
كوشش‌ها و دستاوردهاي شيمي سبز
شيميدان‌هاي سبز در پي آن هستند كه روندهاي شيميايي سالم‌تري را جايگزين روندهاي كنوني كنند يا با جايگزين كردن مواد اوليه‌ي سالم‌تر يا انجام دادن واكنش‌ها در شرايط ايمن‌تر، فراورده‌هاي سالم‌تري را به جامعه هديه دهند. برخي از آن ها مي‌كوشند شيمي را به زيست‌شيمي نزديك كند، چرا كه واكنشهاي زيست‌شيميايي طي ميليون‌ها سال رخ داده‌اند و چه براي آدمي و چه براي محيط زيست، چالش‌ها نگران كننده‌ي به وجود نياورده‌اند. بسياري از اين واكنش‌ها در شرايط طبيعي رخ مي‌دهند و به دما و فشار بالا نياز ندارند. فراورده‌هاي آنها نيز به آساني به چرخه‌ي مواد بازمي‌گردند و فراورده‌هاي جانبي آنها براي جانداران سودمند هستند. الگو برداري از اين واكنش‌ها مي‌تواند چالش‌هاي بهداشتي و زيست‌محيطي كنوني را كاهش دهد.
گروه ديگري از شيميدان‌هاي سبز مي‌كوشند بهره‌وري اتمي را افزايش دهند. طي يك واكنش شيميايي شماري اتم آغازگر واكنش هستند و در پايان بيش‌تر واكنش‌ها با فراورده‌هايي رو به رو هستيم كه شمار اتم‌هاي آنها از شمار همه‌ي اتم‌هاي آغازين بسيار كم‌تر است. بي‌گمان آن اتم‌ها نابود نشده‌اند، بلكه در ساختمان فرآوردههاي بيهوده و اغلب آسيب‌رسان به طبيعت رها مي‌شوند و سلامت آدمي و ديگر جانداران را به چاش مي‌كشند. هر چه بتوانيم اتم‌هاي بيش‌تري در فرآوردههاي بگنجانيم، هم به سلامت خود و محيط زيست كمك كرده‌ايم و هم از هدر رفتن اتم‌هايي كه به عنوان مواد اوليه براي آنها پول پرداخت كرده‌ايم، پيش‌گيري مي‌كنيم.
بازطراحي واكنشهاي شيميايي نيز راهكار سودمند ديگري براي پيش‌گيري از پيامدهاي ناگوار مواد شيميايي است. در اين بازطراحي‌ها از مواد آغازگر سالم‌تر بهره مي‌گيرند يا روندهايي را طراحي مي‌كنند كه با واكنشهاي مرحله‌اي كم‌تر به فراورده برسند. هم‌چنين، روندهايي را طراحي مي‌كنند كه به مواد كمكي كم‌تر، به‌ويژه حلال‌هاي شيميايي، نياز دارند. گاهي نيز واكنشهاي زيست‌شيمي و شيمي را به هم گره مي‌زنند و روند سالم‌تري و كارآمدتري را مي‌آفرينند. بازطراحي روند داروها مي‌تواند همراه با افزايش كارآمدي آنها به هر چه سالم‌تر شدن آنها بينجامد و اثرهاي جانبي آنها بر روندهاي زيست شناختي بدن، تا جايي كه امان دارد، كاهش دهد.
در ادامه به نمونه‌هايي از كوشش‌ها و دستاوردهاي شيميدان‌هاي سبز اشاره مي شود.
1. سوخت‌هاي جايگزين
به كارگيري سوخت‌هاي فسيلي در خودروها با رهاشدن انبوهي از گازهاي گلخانهي به جو همراه شده كه دگرگوني‌هاي آب و هوايي را در پي داشته است. از سوختن نادرست آنها نيز، مواد زهرآگيني به هوا آزاد شده كه سلامتي آدمي را به چالش كشيده است. حتي اگر بتوانيم بر اين دو چالش بزرگ پيروز شويم، با كاهش روز افزون اندوخته‌هاي فسيلي روبهرو هستيم كه از آن گريزي نيست. اين تنگناها همراه با افزايش روز افزون بهاي اين گونه سوخت‌ها، كه به نظر مي‌رسد همچنان ادامه يابد، پژوهشگران و مهندسان بسياري را به فكر طراحي خودروهايي با سوخت هيدروژن انداخته است. چرا كه خاستگاه اين سوخت، آب است كه فراوان‌ترين ماده در طبيعت است و فرآورده‌ي سوختن اين سوخت در خودرو نيز خود آب است.
با اين همه، سوخت هيدروژن با چالش بزرگي روبهرو است. فراهم آوردن هيدروژن از آب با فرآيند الكتروليز انجام مي‌شود كه براي پيشبرد آن به الكتريسيته نياز هست و اكنون نيز بيش‌تر الكتريسيته از سوختن اندوخته‌هاي فسيلي به دست مي‌آيد. شايد روزي با به‌كاربردن برخي كاتاليزگرها بتوانيم از انرژي خورشيدي به جاي سوخت‌هاي فسيلي در پيش بردن روند الكتروليز بهره گيريم، اما هنوز راهكار كارآمدي براي توليد ارزان هيدروژن پيشنهاد نشده است و به نظر نمي‌رسد در آينده‌اي نزديك به چنين تواني دست پيدا كنيم. با اين همه، برخي دانشمندان اميدوارند بتوانند خواستگاه زيستي براي هيدروژن به وجود آورند.
گروهي از پژوهشگران در سال 2000 ميلادي گزارش كردند كه توانسته‌اند از جلبك‌هاي سبز براي آزاد كردن هيدروژن از مولكول‌هاي آب، به همان اندازه كه از الكتروليز به دست مي‌آيد، بهره گيرند. اما نور خورشيد براي اين رويكرد گرفتاري درست مي‌كند، چرا كه جلبك طي فرآيند فتوسنتز اكسيژن نيز توليد مي‌كند. اين اكسيژن از كار آنزيم توليدكننده‌ي هيدروژن جلوگيري مي‌كند و در نتيجه هيدروژن اندكي به دست مي‌آيد دانشمندان مي‌كوشند با تغييرهايي كه در اين فرايند طبيعي مي‌دهند، بازده‌ي توليد هيدروژن را بالا ببرند. شايد يك روز آبگير كوچكي كه از جلبك پوشيده شده است، خواستگاه هيدروژن خودروهاي ما باشد.
در رويكرد ديگر كه مورد توجه است، از روغن‌هاي گياهي به عنوان خواستگاهي براي تهيه‌ي سوخت جايگزين بهره مي‌گيرند. براي تهيه‌ي اين نوع سوخت، كه با عنوان بيوديزل شناخته مي شود، پس مانده‌ي روغن آشپزي را نيز مي‌توان به كار گرفت. هر چند از سوختن اين نوع سوخت نيز مانند ديگر سوخت‌هاي فسيلي گاز گلخانهي آزاد مي‌شود، اما به اندازهاي توليد مي‌شود كه گياهان طي فرآيند فتوسنتز آن را براي توليد قند به كار مي‌گيرند. از سوي ديگر، روغن‌ها گياهي نوشدني هستند و از سوختن آنها گوگرد و آلاينده‌هاي آسيب‌رسان ديگري آزاد نمي‌شود. از سودمندي‌هاي ديگر اين نوع سوخت اين است كه گليسرين، ماده‌اي كه در صابون، خميردندان، مواد آرايشي و جاهاي ديگر به كار مي‌رود، از فرآوردههاي جانبي روند توليد آن است. هم‌چنين، چون طي روند توليد اين سوخت، به آن اكسيژن افزوده مي شود، بهتر از سوخت نفتي در موتور مي‌سوزد. به روغن‌كاري موتور نيز كمك مي‌كند و بر درازي عمر آن مي‌افزايد.
2. پلاستيك‌هاي سبز و تجزيه‌پذير
زندگي در جهاني بودن پلاستيك بسيار دشوار است. پلاستيك‌ها د ر توليد هر گونه فرآورده ي صنعتي، از صنعت خودروسازي گرفته تا دنياي پزشكي، به كارگرفته شده‌اند . تنها در ايالات متحده ي امريكا سالانه نزديك 50 ميليون تن پلاستيك توليد مي‌شود. اما اين مواد به عنوان زباله‌هاي پايدار به تجزيه ميكروبي، چالش‌هاي زيست محيطي پيچيده‌اي به بار آورده‌اند. پلاستيك‌ها علاوه بر اين كه جاهاي به خاك‌سپاري زباله را پر كرده‌اند، سالانه در حجمي برابر با چند هزار تن به محيط‌هاي دريايي وارد مي‌شوند. برآورد شده است كه هر سال يك ميليون جانور دريايي به دليل خفگي حاصل از خوردن پلاستيك‌ها به عنوان غذا يا به دام افتادن در زباله‌هاي پلاستيكي از بين مي‌روند.
در سال هاي اخير، كوشش‌هاي قانوني براي جلوگيري از دورريزي پلاستيك‌هاي تجزيه ناشدني، افزايش يافته است. اين كوشش‌ها صنعت‌‌گران پلاستيك را واداشته است تا در پي پلاستيك‌هايي باشند كه پيامدهاي زيست‌محيطي كم‌تري دارند. پلاستيك‌هاي نشاسته‌اي تجزيه‌پذير و پلاستيك‌هاي ميكروبي از دستاورد كوشش‌هاي چند ساله‌ي پژوهشگران اين زمينه‌ي در حال پيشرفت و گسترش است.
در پلاستيك هاي نشاسته‌اي، قطعه‌هاي كوتاهي از پلي‌اتيلن با مولكول‌هاي نشاسته به هم مي‌پيوندند. هنگامي كه اين پلاستيك‌ها در جاهاي به خاك‌سپاري زباله ها، دور ريخته مي‌شود، باكتري‌هاي خاك به مولكول‌هاي نشاسته يورش مي‌برند و قطعه‌هاي پلي‌اتيلن را براي تجزيه‌ي ميكروبي رها مي‌سازند. اين گونه پلاستيك‌ها اكنون در بازار وجود دارند و به ويژه براي پلاستيك‌ها جابه‌جايي و نگهداري مواد عذايي و ديگر وسايل يك‌بار مصرف بسيار سودمند هستند. با اين همه، كمبود اكسيژن در جاهاي به خاك‌سپاري زباله‌‌ها و اثر مهاري قطعه‌هاي پلي‌اتيلن بر عملكرد باكتري‌ها، بهره‌گيري استفاده از اين پلاستيك‌ها را محدود ساخته است.
در سال 1925 ميلادي گروهي از دانشمندان كشف كردند كه گونه‌هاي زيادي از باكتري‌ها ، بسپار پلي‌بي هيدروكسي بوتيرات(PHB) مي‌سازند و از آن به عنوان اندوخته‌ي غذايي خود بهره مي‌گيرند. در دهه ي 1970، پژوهش‌هاي نشان داد كه PHB بسياري از ويژگي‌هاي پلاستيك‌هاي نفتي(مانند پلي‌اتيلن) را دارد. از اين رو، كم كم گفت و شنود پيرامون بهره‌گيري از اين بسپار به عنوان جايگزيني مناسب براي پلاستيك‌هاي تجزيه‌ناپذير كنوني آغاز شد. سپس در سال 1992، گروهي از پژوهشگران ژن‌هاي درگير در ساختن اين بسپار را به گياه رشادي(Arabidopsis thaliana) وارد كردند و به اين ترتيب گياهي پديد آوردند كه پلاستيك توليد مي‌كند.
سال پس از آن، توليد اين پلاستيك سبز در گياه ذرت آغاز شد و براي اين كه توليد پلاستيك با توليد مواد غذايي رقابت نكند، پژوهشگران بخش‌هايي از گياه ذرت (برگ‌ها و ساقه‌ها) را ، كه به طور معمول برداشت نمي‌شوند، هدف قرار دادند. پرورش پلاستيك در اين بخش‌ها به كشاورزان امكان مي‌دهد كه پس از برداشت دانه‌هاي ذرت، زمين را براي برداشت ساقه‌ها و برگ‌هاي داراي پلاستيك درو كنند. پژوهشگران درباره‌ي افزايش مقدار پلاستيك در گياهان، پيشرفت‌هاي چشمگيري داشته‌اند. با اين همه، هنوز دشواري‌هايي براي رسيدن به نتيجه‌ي مناسب وجود دارد.
كلروپلاست‌هاي برگ بهترين جا براي توليد پلاستيك به شمار مي‌آيند، اما چون كلروپلاست‌هاي جاي جذب نور هستند، مقدار زياد پلاستيك مي‌تواند فتوسنتز را مهار كند و بازده‌ي محصول را كاهش دهد. بيرون كشيدن پلاستيك از گياه نيز دشوار است. اين كار به مقدار زيادي حلال نياز دارد كه بايد پس از بهره‌گيري، بازيافت شود. بر اساس تازه‌ترين تخمين‌ها, توليد يك كيلوگرم PHB در گياه ذرت در مقايسه با پلي‌اتيلن به سه برابر انرژي بيش‌تري نياز دارد. كشت انبوه ميكروب‌هاي پلاستيك ساز نيز به همين ميزان انرژي نياز دارد.
3. بازطراحي واكنشهاي شيميايي
در روند بازطراحي واكنشهاي شيميايي از واكنشگرهاي آغازكنده‌اي بهره گرفته مي‌شود كه سالم‌ترند. در اين را ممكن است روندهاي زيست‌شيميايي نيز سودمند باشند. براي مثال، اديپيك اسيد، HOOC(CH2)4COOH يك ماده‌ي خام كليدي در توليد نايلون و فرآوردههاي مانند آن است كه سالانه بيش از 2 ميليون تن از آن در صنعت به كار گرفته مي‌شود. اين ماده از بنزن ساخته مي‌شود كه سرطان‌زا است و از اندوخته‌هاي فسيلي نونشدني به دست مي‌آيد. اما به تازگي دو شيميدان توانسته‌اند اين ماده را از يكي از فراوان‌ترين، سالم‌ترين و نوشدني‌ترين مواد طبيعي، يعني گلوكز، بسازند. آنها در اين راه از باكتري‌هايي كمك گرفتند كه با مهندسي ژنتيك آنزيم ويژه‌اي در آنها كار گذاشته شده بود و به ناچار طي يك روند زيست‌شيميايي ناخواسته، بنزن را از گلوكز مي‌سازند.
توجه به اقتصاد اتم نيز كمك زيادي مي‌كند. براي مثال، پژوهشگران توانسته‌اند اقتصاد اتمي را در روند توليد ايبوپورفن، تركيبي كه در بسياري از آرامش‌بخش‌ها به كار مي‌رود، از 40 درصد به 77 درصد برسانند و اين يعني، اتم‌هاي بيش‌تري كه شركت داروسازي براي آنها هزينه پرداخته است، به صورت مولكول پر فروشي در مي‌آيند و فراورده‌هاي بيهوده، كه مي‌توانند به محيط‌زيست آسيب برسانند، كم‌تر توليد مي‌شوند.
4. چندسازه‌هاي زيستي
اگر چه موادشناسان تنها در چند دهه‌ي گذشته به سوي چندسازه‌ها گرايش پيدا كرده‌اند، طبيعت در خود چندسازه‌هاي بسيار سخت، پيچيده و گوناگوني دارد كه از ديدگاه سختي و وزن، مانندي براي آنها نمي‌توان يافت. به هر جاي طبيعت كه مي‌نگريم، با يك چندسازه رو به رو مي‌شويم. براي نمونه، صدف‌هاي دريايي از چندسازه‌ي سراميكي سختي ساخته شده‌اند. اين سراميك از لايه‌هايي از بلورهاي سخت تشكيل شده كه در زمينه‌ي سيماني نرم‌تري جاي دارند. اين سراميك سخت و پايدار، جاندار درون خود را از آشوب موج نگهداري مي‌كند كه پيوسته آن را بر سطح سخره‌ها مي كوبد. بدن ما يك چند سازه است كه از چندسازه‌هايي مانند استخوان، غضروف و پوست درست شده است.
بشر از ساليان دور از چندسازه‌هاي طبيعي بهره گرفته است. كاه كه براي ساختن نخستين چندسازه‌ها به كار مي‌رفت، خود نوعي چندسازه است. ابزارهاي چوبي، كفش و لباسي كه از پوست جانوران تهيه مي‌شود، همه چندسازه‌هاي طبيعي‌اند. به خاطر اين گوناگوني و ويژگي‌هاي بي‌مانند، موادشناسان تلاش مي‌كنند از اين مواد براي سختي بخشيدن به چندسازه‌هاي ساختگي(مصنوعي) بهره گيرند تا از پيامدهاي زيست محيطي ناگوار ناشي از مواد ساختگي بكاهند. انويرون ( environ ) نمونه‌اي از اين چندسازه‌هاست كه از 40 درصد كاغذ روزنامه، 40 درصد گرد سويا و 20 درصد تركيب‌هاي ديگر (از جمله رنگ‌دهنده‌ها و كاتاليزگري كه در حضور آب كارا مي‌شود و گرد سويا را به رزين دگرگونه مي‌كند) ساخته مي‌شود. فراورده‌ي كار، يك چندسازه‌ي زيستي است كه ظاهري سنگ مانند دارد، اما مانند چوب مي‌توان آن را بريد. از اين چندسازه مي‌توان هر نوع ابزار چوبي را با ظاهري سنگ مانند ساخت.
سخن پاياني
بازطراحي واكنش‌ها و روندهاي شيميايي فرصت‌هاي تازه و بي‌شماري براي شيميدانها به وجود آورده است و هر شيميداني مي‌تواند به طراحي هر يك از واكنشهاي شناخته‌شده‌اي كه سال‌ها در كارخانه‌ها يا آزمايشگاه‌هاي دانشگاه‌ها به كار گرفته مي‌شد، در راستاي سالم‌كردن آن و كاهش هزينه‌ها و افزايش كاراآمدي و بازده، بپردازد. از اين رو، به نظر مي‌رسد فرصت‌هايي كه براي شيميدانها طي تاريخ دراز و كهن اين دانش فراهم شده، اكنون بارديگر براي شيميدان‌هاي امروزي فراهم شده است تا با ويرايش آن‌چه آنان در تاريخ شيمي به يادگار گذاشته‌اند، يادگارهاي سالم‌تري براي آيندگان برجاي گذارند.
منبع:
1. Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice; Oxford University Press: New York , 1998; pp 30.
2 . Jones, D. Hydrogen fuel cells for future cars. ChemMatters, December 2000
3 . La Merrill, M; Parent, k.; Kirchhoff, M. Jones, D. Hydrogen fuel cells for future cars. ChemMatters, April 2003
4. Emsleym J. A cleaner way to make nylon. NewScientist, 12 March 1994
5. Grengtoss, T.U.; Slater, S.C. How green are green plastics? Scientific American, Agust 2000
6. Ekre, B. Biodiesel: The Clear Choise. www.actionbioscience.com (http://pnu.daneshjuha.org/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fforum.p30world.com %2Fredirector.php%3Furl%3Dhttp%253A%252F%252Fwww.a ctionbioscience.com)
7 .Tom Matthams.Perfect partnerships. New scientist 2001 20 January
__________________
شيمي نقشي بنيادي در پيشرفت تمدن آدمي داشته و جايگاه آن در اقتصاد، سياست و زندگي‌روزمره روز به روز پر رنگ‌تر شده است. با اين همه، شيمي طي روند پيشرفت خود، كه همواره با سود رساندن به آدمي همراه بوده، آسيب‌هاي چشمگيري نيز به سلامت آدمي و محيط زيست وارد كرده است. شيميدانها طي سال‌ها كوشش و پژوهش، مواد خامي را از طبيعت برداشت كرده‌اند، كه با سلامت آدمي و شرايط محيط زيست سازگاري بسيار دارند، و آنها را به موادي دگرگونه كرده‌اند كه سلامت آدمي و محيط زيست را به چالش كشيده‌اند. هم‌چنين، اين مواد به‌سادگي به چرخه‌ي طبيعي مواد باز نمي‌گردند و سال‌هاي زيادي به صورت زباله‌هاي بسيار آسيب‌رسان و هميشگي در طبيعت مي‌ماند.
بارها از آسيب‌هاي مواد شيميايي به بدن آدمي و محيط زيست شنيده و خوانده‌ايم. اما، چاره‌ي كار چيست؟ آيا دوري و پرهيز از بهره‌گيري از مواد شيميايي مي‌تواند به ما كمك كند؟ تا چه اندازهاي مي‌توانيم از آنها دوري كنيم؟ كدام‌ها را مي‌توانيم به كار نبريم؟ كدام‌يك از فرآوردههاي شيميايي را مي‌توان يافت كه با آسيب به سلامت آدمي يا محيط زيست همراه نباشد؟ داروهايي كه سلامتي ما به آنها بستگي زيادي دارد، خود با آسيب‌هايي به بدن ما همراه‌اند. آيا مي‌توانيم آنها را به كار نبريم؟ آيا مي‌توان آب تصفيه شده با مواد شيميايي را ننوشيم؟ پيرامون ما را انبوهي از مواد شيميايي گوناگون فراگرفته‌اند كه در زهرآگين بودن و آسيب‌رسان بودن بيش‌تر آنها شكي نداريم و از بسياري از آنها نيز نمي‌توانيم دوري كنيم.
بي‌گمان هر اندازه كه بتوانيم از به كارگيري مواد شيميايي در زندگي خود پرهيز كنيم يا از رها شدن اين گونه مواد در طبيعت جلوگيري كنيم، به سلامت خود و محيط زيست كمك كرده‌ايم. اما به نظر مي‌رسد در كنار اين راهكارهاي پيش‌گيرانه، كه تا كنون كارآمدي چشمگيري از خود نشان نداده‌اند، بايد به راه‌هاي كارآمدتري نيز بيانديشيم كه دگرگوني در شيوه‌ي ساختن مواد شيمايي در راستاي كاهش آسيب‌هاي آنها به آدمي و محيط زيست، يكي از اين راه‌هاست. امروزه، از اين رويكرد نوين با عنوان شيمي سبز ياد مي‌شود كه عبارت است از: طراحي فرآورده‌ها و فرآيندهاي شيميايي كه به‌كارگيري و توليد مواد آسيب‌رسان به سلامت آدمي و محيط زيست را كاهش مي‌دهند يا از بين مي‌برند.
بنيادهاي شيمي سبز
شيمي سبز، كه بيش‌تر به عنوان شيوه‌اي براي پيش‌گيري از آلودگي در سطح مولكولي شناخته مي‌شود، بر دوازده بنياد استوار است كه طراحي يا بازطراحي مولكول‌ها، مواد و دگرگوني‌هاي شيميايي در راستاي سالم‌تر كردن آنها براي آدمي و محيط زيست، بر پايه‌ي آنها انجام مي‌شود.
1. پيش‌گيري از توليد فراورده‌هاي بيهوده
توانايي شيميدانها براي بازطراحي دگرگوني‌هاي شيميايي براي كاستن از توليد فراورده‌هاي بيهوده و آسيب‌رسان، نخستين گام در پيش‌گيري از آلودگي است. با پيش‌گيري از توليد فراورده‌هاي بيهوده، آسيب‌هاي مرتبط با انباركردن، جابه‌جايي و رفتار با آنها را به كم‌ترين اندازه‌ي خود كاهش مي‌دهيم.
2. اقتصاد اتم، افزايش بهره‌وري از اتم
اقتصاد اتم به اين مفهوم است كه بازده دگرگوني‌هاي شيميايي را افزايش دهيم. يعني طراحي دگرگوني‌هاي شيميايي به شيوه‌اي باشد كه گنجاندن بيش‌تر مواد آغازين را در فرآوردههاي نهايي درپي داشته باشد. گزينش اين گونه دگرگوني‌ها، بازده را افزايش و فرآوردههاي بيهوده را كاهش مي‌دهد.
3. طراحي فرايندهاي شيميايي كم‌آسيب‌تر
شيميدانها در جايي كه امكان دارد بايد شيوه‌ي را طراحي كنند تا موادي را به كار برد يا توليد كند كه زهرآگيني كم‌تري براي آدمي يا محيط زيست داشته باشند. اغلب براي يك دگرگوني شيميايي واكنشگرهاي گوناگوني وجود دارد كه از ميان آنها مي‌توان مناسب‌ترين را برگزيد.
4. طراحي مواد و فراورده‌هاي شيميايي سالم‌تر
فراورده‌هاي شيميايي بايد به گونه‌اي طراحي شوند كه با وجود كاهش زهرآگيني‌شان كار خود را به‌خوبي انجام دهند. فراورده‌هاي جديد را مي‌توان به گونه‌اي طراحي كرد كه سالم‌تر باشند و در همان حال، كار در نظر گرفته شده براي آنها را به‌خوبي انجام دهند.
5. بهره‌گيري از حلال‌ها و شرايط واكنشي سالم‌تر
بهره‌گيري از مواد كمكي(مانند حلال‌ها و عامل‌هاي جداكننده) تا جايي كه امكان دارد به كم‌ترين اندازه برسد و زماني كه به كار مي‌روند از گونه‌هاي كم‌آسيب‌رسان باشند. دوري كردن از جداسازي در جايي كه امكان دارد و كاهش بهره‌گيري از مواد كمكي، در كاهش فراورده‌هاي بيهوده كمك زيادي مي‌كند.
6. افزايش بازده انرژي.
نياز به انرژي در فرايندهاي شيميايي از نظر اثر آنها بر محيط زيست و اقتصاد بايد در نظر گرفته شود و به كم‌ترين ميزان خود كاهش يابد. اگر امكان دارد، روش‌هاي ساخت و جداسازي بايد به گونه‌اي طراحي شود كه هزينه‌هاي انرژي مرتبط با دما و فشار بسيار بالا يا بسيار پايين به كم‌ترين اندازه‌ي خود برسد.
7. بهره‌گيري از مواداوليه‌ي نوشدني
دگرگوني‌هاي شيميايي بايد به گونه‌اي طراحي شوند تا از مواد اوليه‌ي نوشدني بهره گيرند. فرآوردههاي كشاورزي يا فرآوردههاي بيهوده‌ي فرآيندهاي ديگر، نمونه‌هايي از مواد نوشدني هستند. تا جايي كه امكان دارد، اين گونه مواد را به‌جاي مواد اوليه‌اي كه از معدن يا سوخت‌هاي فسيلي به دست مي‌آيند، به كار بريم.
8. پرهيز از مشتق‌هاي شيميايي.
مشتق‌گرفتن(مانند بهره‌گيري از گروه‌هاي مسدودكننده يا تغييرهاي شيميايي و فيزيكي گذرا) بايدكاهش يابد، زيرا چنين مرحله‌هايي به واكنشگرهاي اضافي نياز دارند كه مي‌توانند فراورده‌هاي بيهوده توليد كنند. توالي‌هاي جايگزين مي‌توانند نياز به گروه‌هاي حفاظت‌كننده يا تغيير گروه‌هاي عاملي را از بين ببرند يا كاهش دهند.
9. بهره‌گيري از كاتاليزگرها
كاتاليزگرها گزينشي بودن يك واكنش را افزايش مي‌دهند؛ دماي مورد نياز را كاهش مي‌دهند؛ واكنشهاي جانبي را به كم‌ترين اندازه مي‌رسانند؛ ميزان دگرگون‌شدن واكنشگرها به فرآوردههاي نهايي را افزايش مي‌دهند و ميزان فرآوردههاي بيهوده مرتبط با واكنشگرها را كاهش مي‌دهند.
10. طراحي براي خراب شدن
فروآرده‌هاي شيميايي بايد به گونه‌اي طراحي شوند كه در پايان كاري كه براي آنها در نظر گرفته شده، به فرآوردههاي تجزيه‌شدني، بشكنند و زياد در محيط زيست نمانند. روش طراحي در سطح مولكول براي توليد فرآورده‌هايي كه پس از آزاد شدن در محيط به مواد آسيب‌نرسان تجزيه مي‌شوند، مورد توجه است.
11. تحليل در زمان واقعي براي پيش‌گيري از آلودگي
بسيار اهميت دارد كه پيشرفت يك واكنش را همواره پي‌گيري كنيد تا بدانيد چه هنگام واكنش كامل مي‌شود يا بروز هر فراورده‌ي جانبي ناخواسته را شناسايي كنيد. هر جا كه امكان داشته باشد، روش‌هاي آناليز در زمان واقعي به كار گرفته شوند تا به وجود آمدن مواد آسيب‌رسان پي‌گيري و پيش‌گيري شود.
12. كاهش احتمال روي‌دادهاي ناگوار
يك راه براي كاهش احتمال روي‌داهاي شيميايي ناخواسته، بهره‌گيري از واكنشگرها و حلال‌هايي است كه احتمال انفجار، آتش‌سوزي و رهاشدن ناخواسته‌ي مواد شيميايي را كاهش مي‌دهند. آسيب‌هاي مرتبط با اين روي‌دادها را مي‌توان به تغييردادن حالت(جامد، مايع يا گاز) يا تركيب واكنشگرها كاهش داد.
كوشش‌ها و دستاوردهاي شيمي سبز
شيميدان‌هاي سبز در پي آن هستند كه روندهاي شيميايي سالم‌تري را جايگزين روندهاي كنوني كنند يا با جايگزين كردن مواد اوليه‌ي سالم‌تر يا انجام دادن واكنش‌ها در شرايط ايمن‌تر، فراورده‌هاي سالم‌تري را به جامعه هديه دهند. برخي از آن ها مي‌كوشند شيمي را به زيست‌شيمي نزديك كند، چرا كه واكنشهاي زيست‌شيميايي طي ميليون‌ها سال رخ داده‌اند و چه براي آدمي و چه براي محيط زيست، چالش‌ها نگران كننده‌ي به وجود نياورده‌اند. بسياري از اين واكنش‌ها در شرايط طبيعي رخ مي‌دهند و به دما و فشار بالا نياز ندارند. فراورده‌هاي آنها نيز به آساني به چرخه‌ي مواد بازمي‌گردند و فراورده‌هاي جانبي آنها براي جانداران سودمند هستند. الگو برداري از اين واكنش‌ها مي‌تواند چالش‌هاي بهداشتي و زيست‌محيطي كنوني را كاهش دهد.
گروه ديگري از شيميدان‌هاي سبز مي‌كوشند بهره‌وري اتمي را افزايش دهند. طي يك واكنش شيميايي شماري اتم آغازگر واكنش هستند و در پايان بيش‌تر واكنش‌ها با فراورده‌هايي رو به رو هستيم كه شمار اتم‌هاي آنها از شمار همه‌ي اتم‌هاي آغازين بسيار كم‌تر است. بي‌گمان آن اتم‌ها نابود نشده‌اند، بلكه در ساختمان فرآوردههاي بيهوده و اغلب آسيب‌رسان به طبيعت رها مي‌شوند و سلامت آدمي و ديگر جانداران را به چاش مي‌كشند. هر چه بتوانيم اتم‌هاي بيش‌تري در فرآوردههاي بگنجانيم، هم به سلامت خود و محيط زيست كمك كرده‌ايم و هم از هدر رفتن اتم‌هايي كه به عنوان مواد اوليه براي آنها پول پرداخت كرده‌ايم، پيش‌گيري مي‌كنيم.
بازطراحي واكنشهاي شيميايي نيز راهكار سودمند ديگري براي پيش‌گيري از پيامدهاي ناگوار مواد شيميايي است. در اين بازطراحي‌ها از مواد آغازگر سالم‌تر بهره مي‌گيرند يا روندهايي را طراحي مي‌كنند كه با واكنشهاي مرحله‌اي كم‌تر به فراورده برسند. هم‌چنين، روندهايي را طراحي مي‌كنند كه به مواد كمكي كم‌تر، به‌ويژه حلال‌هاي شيميايي، نياز دارند. گاهي نيز واكنشهاي زيست‌شيمي و شيمي را به هم گره مي‌زنند و روند سالم‌تري و كارآمدتري را مي‌آفرينند. بازطراحي روند داروها مي‌تواند همراه با افزايش كارآمدي آنها به هر چه سالم‌تر شدن آنها بينجامد و اثرهاي جانبي آنها بر روندهاي زيست شناختي بدن، تا جايي كه امان دارد، كاهش دهد.
در ادامه به نمونه‌هايي از كوشش‌ها و دستاوردهاي شيميدان‌هاي سبز اشاره مي شود.
1. سوخت‌هاي جايگزين
به كارگيري سوخت‌هاي فسيلي در خودروها با رهاشدن انبوهي از گازهاي گلخانهي به جو همراه شده كه دگرگوني‌هاي آب و هوايي را در پي داشته است. از سوختن نادرست آنها نيز، مواد زهرآگيني به هوا آزاد شده كه سلامتي آدمي را به چالش كشيده است. حتي اگر بتوانيم بر اين دو چالش بزرگ پيروز شويم، با كاهش روز افزون اندوخته‌هاي فسيلي روبهرو هستيم كه از آن گريزي نيست. اين تنگناها همراه با افزايش روز افزون بهاي اين گونه سوخت‌ها، كه به نظر مي‌رسد همچنان ادامه يابد، پژوهشگران و مهندسان بسياري را به فكر طراحي خودروهايي با سوخت هيدروژن انداخته است. چرا كه خاستگاه اين سوخت، آب است كه فراوان‌ترين ماده در طبيعت است و فرآورده‌ي سوختن اين سوخت در خودرو نيز خود آب است.
با اين همه، سوخت هيدروژن با چالش بزرگي روبهرو است. فراهم آوردن هيدروژن از آب با فرآيند الكتروليز انجام مي‌شود كه براي پيشبرد آن به الكتريسيته نياز هست و اكنون نيز بيش‌تر الكتريسيته از سوختن اندوخته‌هاي فسيلي به دست مي‌آيد. شايد روزي با به‌كاربردن برخي كاتاليزگرها بتوانيم از انرژي خورشيدي به جاي سوخت‌هاي فسيلي در پيش بردن روند الكتروليز بهره گيريم، اما هنوز راهكار كارآمدي براي توليد ارزان هيدروژن پيشنهاد نشده است و به نظر نمي‌رسد در آينده‌اي نزديك به چنين تواني دست پيدا كنيم. با اين همه، برخي دانشمندان اميدوارند بتوانند خواستگاه زيستي براي هيدروژن به وجود آورند.
گروهي از پژوهشگران در سال 2000 ميلادي گزارش كردند كه توانسته‌اند از جلبك‌هاي سبز براي آزاد كردن هيدروژن از مولكول‌هاي آب، به همان اندازه كه از الكتروليز به دست مي‌آيد، بهره گيرند. اما نور خورشيد براي اين رويكرد گرفتاري درست مي‌كند، چرا كه جلبك طي فرآيند فتوسنتز اكسيژن نيز توليد مي‌كند. اين اكسيژن از كار آنزيم توليدكننده‌ي هيدروژن جلوگيري مي‌كند و در نتيجه هيدروژن اندكي به دست مي‌آيد دانشمندان مي‌كوشند با تغييرهايي كه در اين فرايند طبيعي مي‌دهند، بازده‌ي توليد هيدروژن را بالا ببرند. شايد يك روز آبگير كوچكي كه از جلبك پوشيده شده است، خواستگاه هيدروژن خودروهاي ما باشد.
در رويكرد ديگر كه مورد توجه است، از روغن‌هاي گياهي به عنوان خواستگاهي براي تهيه‌ي سوخت جايگزين بهره مي‌گيرند. براي تهيه‌ي اين نوع سوخت، كه با عنوان بيوديزل شناخته مي شود، پس مانده‌ي روغن آشپزي را نيز مي‌توان به كار گرفت. هر چند از سوختن اين نوع سوخت نيز مانند ديگر سوخت‌هاي فسيلي گاز گلخانهي آزاد مي‌شود، اما به اندازهاي توليد مي‌شود كه گياهان طي فرآيند فتوسنتز آن را براي توليد قند به كار مي‌گيرند. از سوي ديگر، روغن‌ها گياهي نوشدني هستند و از سوختن آنها گوگرد و آلاينده‌هاي آسيب‌رسان ديگري آزاد نمي‌شود. از سودمندي‌هاي ديگر اين نوع سوخت اين است كه گليسرين، ماده‌اي كه در صابون، خميردندان، مواد آرايشي و جاهاي ديگر به كار مي‌رود، از فرآوردههاي جانبي روند توليد آن است. هم‌چنين، چون طي روند توليد اين سوخت، به آن اكسيژن افزوده مي شود، بهتر از سوخت نفتي در موتور مي‌سوزد. به روغن‌كاري موتور نيز كمك مي‌كند و بر درازي عمر آن مي‌افزايد.
2. پلاستيك‌هاي سبز و تجزيه‌پذير
زندگي در جهاني بودن پلاستيك بسيار دشوار است. پلاستيك‌ها د ر توليد هر گونه فرآورده ي صنعتي، از صنعت خودروسازي گرفته تا دنياي پزشكي، به كارگرفته شده‌اند . تنها در ايالات متحده ي امريكا سالانه نزديك 50 ميليون تن پلاستيك توليد مي‌شود. اما اين مواد به عنوان زباله‌هاي پايدار به تجزيه ميكروبي، چالش‌هاي زيست محيطي پيچيده‌اي به بار آورده‌اند. پلاستيك‌ها علاوه بر اين كه جاهاي به خاك‌سپاري زباله را پر كرده‌اند، سالانه در حجمي برابر با چند هزار تن به محيط‌هاي دريايي وارد مي‌شوند. برآورد شده است كه هر سال يك ميليون جانور دريايي به دليل خفگي حاصل از خوردن پلاستيك‌ها به عنوان غذا يا به دام افتادن در زباله‌هاي پلاستيكي از بين مي‌روند.
در سال هاي اخير، كوشش‌هاي قانوني براي جلوگيري از دورريزي پلاستيك‌هاي تجزيه ناشدني، افزايش يافته است. اين كوشش‌ها صنعت‌‌گران پلاستيك را واداشته است تا در پي پلاستيك‌هايي باشند كه پيامدهاي زيست‌محيطي كم‌تري دارند. پلاستيك‌هاي نشاسته‌اي تجزيه‌پذير و پلاستيك‌هاي ميكروبي از دستاورد كوشش‌هاي چند ساله‌ي پژوهشگران اين زمينه‌ي در حال پيشرفت و گسترش است.
در پلاستيك هاي نشاسته‌اي، قطعه‌هاي كوتاهي از پلي‌اتيلن با مولكول‌هاي نشاسته به هم مي‌پيوندند. هنگامي كه اين پلاستيك‌ها در جاهاي به خاك‌سپاري زباله ها، دور ريخته مي‌شود، باكتري‌هاي خاك به مولكول‌هاي نشاسته يورش مي‌برند و قطعه‌هاي پلي‌اتيلن را براي تجزيه‌ي ميكروبي رها مي‌سازند. اين گونه پلاستيك‌ها اكنون در بازار وجود دارند و به ويژه براي پلاستيك‌ها جابه‌جايي و نگهداري مواد عذايي و ديگر وسايل يك‌بار مصرف بسيار سودمند هستند. با اين همه، كمبود اكسيژن در جاهاي به خاك‌سپاري زباله‌‌ها و اثر مهاري قطعه‌هاي پلي‌اتيلن بر عملكرد باكتري‌ها، بهره‌گيري استفاده از اين پلاستيك‌ها را محدود ساخته است.
در سال 1925 ميلادي گروهي از دانشمندان كشف كردند كه گونه‌هاي زيادي از باكتري‌ها ، بسپار پلي‌بي هيدروكسي بوتيرات(PHB) مي‌سازند و از آن به عنوان اندوخته‌ي غذايي خود بهره مي‌گيرند. در دهه ي 1970، پژوهش‌هاي نشان داد كه PHB بسياري از ويژگي‌هاي پلاستيك‌هاي نفتي(مانند پلي‌اتيلن) را دارد. از اين رو، كم كم گفت و شنود پيرامون بهره‌گيري از اين بسپار به عنوان جايگزيني مناسب براي پلاستيك‌هاي تجزيه‌ناپذير كنوني آغاز شد. سپس در سال 1992، گروهي از پژوهشگران ژن‌هاي درگير در ساختن اين بسپار را به گياه رشادي(Arabidopsis thaliana) وارد كردند و به اين ترتيب گياهي پديد آوردند كه پلاستيك توليد مي‌كند.
سال پس از آن، توليد اين پلاستيك سبز در گياه ذرت آغاز شد و براي اين كه توليد پلاستيك با توليد مواد غذايي رقابت نكند، پژوهشگران بخش‌هايي از گياه ذرت (برگ‌ها و ساقه‌ها) را ، كه به طور معمول برداشت نمي‌شوند، هدف قرار دادند. پرورش پلاستيك در اين بخش‌ها به كشاورزان امكان مي‌دهد كه پس از برداشت دانه‌هاي ذرت، زمين را براي برداشت ساقه‌ها و برگ‌هاي داراي پلاستيك درو كنند. پژوهشگران درباره‌ي افزايش مقدار پلاستيك در گياهان، پيشرفت‌هاي چشمگيري داشته‌اند. با اين همه، هنوز دشواري‌هايي براي رسيدن به نتيجه‌ي مناسب وجود دارد.
كلروپلاست‌هاي برگ بهترين جا براي توليد پلاستيك به شمار مي‌آيند، اما چون كلروپلاست‌هاي جاي جذب نور هستند، مقدار زياد پلاستيك مي‌تواند فتوسنتز را مهار كند و بازده‌ي محصول را كاهش دهد. بيرون كشيدن پلاستيك از گياه نيز دشوار است. اين كار به مقدار زيادي حلال نياز دارد كه بايد پس از بهره‌گيري، بازيافت شود. بر اساس تازه‌ترين تخمين‌ها, توليد يك كيلوگرم PHB در گياه ذرت در مقايسه با پلي‌اتيلن به سه برابر انرژي بيش‌تري نياز دارد. كشت انبوه ميكروب‌هاي پلاستيك ساز نيز به همين ميزان انرژي نياز دارد.
3. بازطراحي واكنشهاي شيميايي
در روند بازطراحي واكنشهاي شيميايي از واكنشگرهاي آغازكنده‌اي بهره گرفته مي‌شود كه سالم‌ترند. در اين را ممكن است روندهاي زيست‌شيميايي نيز سودمند باشند. براي مثال، اديپيك اسيد، HOOC(CH2)4COOH يك ماده‌ي خام كليدي در توليد نايلون و فرآوردههاي مانند آن است كه سالانه بيش از 2 ميليون تن از آن در صنعت به كار گرفته مي‌شود. اين ماده از بنزن ساخته مي‌شود كه سرطان‌زا است و از اندوخته‌هاي فسيلي نونشدني به دست مي‌آيد. اما به تازگي دو شيميدان توانسته‌اند اين ماده را از يكي از فراوان‌ترين، سالم‌ترين و نوشدني‌ترين مواد طبيعي، يعني گلوكز، بسازند. آنها در اين راه از باكتري‌هايي كمك گرفتند كه با مهندسي ژنتيك آنزيم ويژه‌اي در آنها كار گذاشته شده بود و به ناچار طي يك روند زيست‌شيميايي ناخواسته، بنزن را از گلوكز مي‌سازند.
توجه به اقتصاد اتم نيز كمك زيادي مي‌كند. براي مثال، پژوهشگران توانسته‌اند اقتصاد اتمي را در روند توليد ايبوپورفن، تركيبي كه در بسياري از آرامش‌بخش‌ها به كار مي‌رود، از 40 درصد به 77 درصد برسانند و اين يعني، اتم‌هاي بيش‌تري كه شركت داروسازي براي آنها هزينه پرداخته است، به صورت مولكول پر فروشي در مي‌آيند و فراورده‌هاي بيهوده، كه مي‌توانند به محيط‌زيست آسيب برسانند، كم‌تر توليد مي‌شوند.
4. چندسازه‌هاي زيستي
اگر چه موادشناسان تنها در چند دهه‌ي گذشته به سوي چندسازه‌ها گرايش پيدا كرده‌اند، طبيعت در خود چندسازه‌هاي بسيار سخت، پيچيده و گوناگوني دارد كه از ديدگاه سختي و وزن، مانندي براي آنها نمي‌توان يافت. به هر جاي طبيعت كه مي‌نگريم، با يك چندسازه رو به رو مي‌شويم. براي نمونه، صدف‌هاي دريايي از چندسازه‌ي سراميكي سختي ساخته شده‌اند. اين سراميك از لايه‌هايي از بلورهاي سخت تشكيل شده كه در زمينه‌ي سيماني نرم‌تري جاي دارند. اين سراميك سخت و پايدار، جاندار درون خود را از آشوب موج نگهداري مي‌كند كه پيوسته آن را بر سطح سخره‌ها مي كوبد. بدن ما يك چند سازه است كه از چندسازه‌هايي مانند استخوان، غضروف و پوست درست شده است.
بشر از ساليان دور از چندسازه‌هاي طبيعي بهره گرفته است. كاه كه براي ساختن نخستين چندسازه‌ها به كار مي‌رفت، خود نوعي چندسازه است. ابزارهاي چوبي، كفش و لباسي كه از پوست جانوران تهيه مي‌شود، همه چندسازه‌هاي طبيعي‌اند. به خاطر اين گوناگوني و ويژگي‌هاي بي‌مانند، موادشناسان تلاش مي‌كنند از اين مواد براي سختي بخشيدن به چندسازه‌هاي ساختگي(مصنوعي) بهره گيرند تا از پيامدهاي زيست محيطي ناگوار ناشي از مواد ساختگي بكاهند. انويرون ( environ ) نمونه‌اي از اين چندسازه‌هاست كه از 40 درصد كاغذ روزنامه، 40 درصد گرد سويا و 20 درصد تركيب‌هاي ديگر (از جمله رنگ‌دهنده‌ها و كاتاليزگري كه در حضور آب كارا مي‌شود و گرد سويا را به رزين دگرگونه مي‌كند) ساخته مي‌شود. فراورده‌ي كار، يك چندسازه‌ي زيستي است كه ظاهري سنگ مانند دارد، اما مانند چوب مي‌توان آن را بريد. از اين چندسازه مي‌توان هر نوع ابزار چوبي را با ظاهري سنگ مانند ساخت.
سخن پاياني
بازطراحي واكنش‌ها و روندهاي شيميايي فرصت‌هاي تازه و بي‌شماري براي شيميدانها به وجود آورده است و هر شيميداني مي‌تواند به طراحي هر يك از واكنشهاي شناخته‌شده‌اي كه سال‌ها در كارخانه‌ها يا آزمايشگاه‌هاي دانشگاه‌ها به كار گرفته مي‌شد، در راستاي سالم‌كردن آن و كاهش هزينه‌ها و افزايش كاراآمدي و بازده، بپردازد. از اين رو، به نظر مي‌رسد فرصت‌هايي كه براي شيميدانها طي تاريخ دراز و كهن اين دانش فراهم شده، اكنون بارديگر براي شيميدان‌هاي امروزي فراهم شده است تا با ويرايش آن‌چه آنان در تاريخ شيمي به يادگار گذاشته‌اند، يادگارهاي سالم‌تري براي آيندگان برجاي گذارند.
منبع:
1. Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice; Oxford University Press: New York , 1998; pp 30.
2 . Jones, D. Hydrogen fuel cells for future cars. ChemMatters, December 2000
3 . La Merrill, M; Parent, k.; Kirchhoff, M. Jones, D. Hydrogen fuel cells for future cars. ChemMatters, April 2003
4. Emsleym J. A cleaner way to make nylon. NewScientist, 12 March 1994
5. Grengtoss, T.U.; Slater, S.C. How green are green plastics? Scientific American, Agust 2000
6. Ekre, B. Biodiesel: The Clear Choise. www.actionbioscience.com (http://pnu.daneshjuha.org/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fforum.p30world.com %2Fredirector.php%3Furl%3Dhttp%253A%252F%252Fwww.a ctionbioscience.com)
7 .Tom Matthams.Perfect partnerships. New scientist 2001 20 January
__________________