Hóa học xanh là gì? Tìm hiểu về tương lai bền vững của ngành hóa chất

Giới thiệu hóa học xanh là gì?

Bạn có bao giờ tự hỏi rằng liệu ngành hóa học, vốn được xem là một trong những ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nặng nề nhất, có thể trở nên "xanh" hơn không? Câu trả lời chính là "Hóa học xanh". Vậy hóa học xanh là gì?

Hóa học xanh, hay còn gọi là hóa học bền vững, là một xu hướng mới trong ngành hóa học nhằm giảm thiểu hoặc loại bỏ việc sử dụng và phát sinh các chất độc hại trong quá trình sản xuất hóa chất. Khái niệm này không chỉ dừng lại ở việc thay thế những chất gây hại bằng những chất thân thiện với môi trường, mà còn bao hàm cả việc tối ưu hóa quy trình để tiết kiệm năng lượng, giảm lượng chất thải, và nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu.

Trên thực tế, hóa học xanh đang trở thành một phần không thể thiếu trong chiến lược phát triển bền vững của nhiều quốc gia và doanh nghiệp.

Mục tiêu của hóa học xanh là giảm thiểu hoặc loại bỏ việc sử dụng và tạo ra các chất nguy hiểm ngay từ ban đầu, giúp bảo vệ con người và môi trường đồng thời giúp tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa quy trình sản xuất mang lại hiệu quả kinh tế.

Hóa học xanh là gì?

Lịch sử hình thành và phát triển hóa học xanh

Vào đầu thế kỷ 20, khi các ngành công nghiệp hóa chất bùng nổ, người ta chưa nhận thức được tác động tiêu cực của chúng đến môi trường và sức khỏe con người. Ý tưởng về hóa học xanh bắt đầu được hình thành vào những năm 1990, khi các nhà khoa học nhận ra rằng các quá trình sản xuất hóa chất truyền thống gây ra rất nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Từ đó, khái niệm "hóa học xanh" dần được hình thành và trở thành một lĩnh vực nghiên cứu được quan tâm hàng đầu trên toàn thế giới, nhu cầu về một hướng đi mới trong ngành hóa học trở nên cấp bách.

Vào năm 1991, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã giới thiệu khái niệm "hóa học xanh". Đây là bước khởi đầu quan trọng, đánh dấu sự ra đời của một lĩnh vực nghiên cứu mới, tập trung vào việc phát triển các quy trình hóa học ít gây hại hơn cho môi trường.

Ban đầu, hóa học xanh chỉ tập trung vào việc giảm thiểu lượng chất thải và sử dụng các hóa chất độc hại trong quá trình sản xuất. Sau đó cùng với sự phát triển của xã hội, khoa học và công nghệ, hóa học xanh ngày càng mở rộng phạm vi nghiên cứu, bao gồm cả việc tìm kiếm các nguồn nguyên liệu tái tạo, phát triển các quy trình sản xuất hiệu quả năng lượng và thiết kế các sản phẩm thân thiện với môi trường.

Từ đó đến nay, hóa học xanh đã có những bước tiến mạnh mẽ, với nhiều nghiên cứu và phát minh mới được áp dụng trong thực tiễn. Các chính sách và quy định về môi trường ngày càng nghiêm ngặt, cùng với áp lực từ người tiêu dùng và các tổ chức phi chính phủ, đã thúc đẩy các công ty chuyển sang sử dụng các quy trình sản xuất thân thiện với môi trường hơn.

Quá trình hình thành và phát triển của hóa học xanh

12 Nguyên tắc cơ bản 

Hóa học xanh được xây dựng trên 12 nguyên tắc cơ bản sau, giúp hướng dẫn các nhà khoa học và kỹ sư phát triển các quy trình sản xuất hóa chất an toàn và hiệu quả hơn:

1. Phòng ngừa chất thải: Ngăn chặn chất thải ô nhiễm ngay từ đầu, chứ không phải xử lý sau khi nó xảy ra. Nguyên tắc này nhấn mạnh việc thiết kế quy trình sao cho lượng chất thải phát sinh ở mức thấp nhất.

2. Thiết kế hóa chất an toàn hơn: Các sản phẩm hóa học nên được thiết kế để an toàn trong suốt vòng đời của sản phẩm, an toàn cho con người và môi trường.

3. Tính kinh tế: Tối ưu các các quy trình làm sao vừa tiết kiệm năng lượng vừa nguyên liệu để đạt hiệu quả về mặt kinh tế cao nhất.

4. Phương pháp tổng hợp ít nguy hại: Áp dụng các phương pháp tổng hợp mà ở đó sử dụng và tạo ra các chất ít hoặc hầu như không có độc tính đối với sức khỏe con người và môi trường.

5. Dung môi và các chất phụ trợ an toàn hơn: Nên sử dụng các dung môi và chất phụ gia ít độc hại hoặc không độc hại. 

6. Thiết kế nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng: Các quá trình hóa học nên được thiết kế để sử dụng năng lượng một cách hiệu quả, giảm thiểu việc sử dụng năng lượng từ các nguồn không tái tạo.

7. Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh: Nên sử dụng các nguyên liệu tái sinh thay thế cho các nguyên liệu hóa thạch.

8. Giảm thiểu dẫn xuất: Những quá trình tạo dẫn xuất không cần thiết nên được giảm thiểu hoặc phòng tránh vì quá trình tạo dẫn xuất sẽ phải thêm tác chất và có thể sản sinh chất thải.

9. Phát triển và sử dụng chất xúc tác: Nên sử dụng các chất xúc tác để tăng tốc độ phản ứng và giảm tiêu thụ lượng chất phản ứng cần thiết.

10. Nghiên cứu, tính toán và thiết kế sản phẩm có thể phân hủy sau sử dụng: Sản phẩm hóa học nên được thiết kế để dễ dàng phân hủy sinh học hoặc tái chế, không gây ô nhiễm môi trường.

11. Phân tích thời gian hữu ích để ngăn ngừa ô nhiễm: Những phương pháp phân tích nên được phát triển để dễ dàng theo dõi và kiểm soát trong toàn bộ quá trình hoá học để ngăn ngừa ô nhiễm

12.  Trong quá trình hình thành các chất hoá học nên được lựa chọn để giảm thiểu những tiềm năng tai nạn, sự cố

12 Nguyên tắc cơ bản của hóa học xanh

Giới thiệu một số phương pháp hóa học xanh

Để đạt được các mục tiêu của hóa học xanh, các nhà khoa học đã phát triển nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm:

• Sử dụng dung môi xanh thân thiện với môi trường: Thay thế các dung môi hữu cơ độc hại như benzene bằng các dung môi xanh như nước, CO2 siêu tới hạn, dung môi sinh học ethanol hoặc các dung môi ion.

• Phản ứng hóa học không dùng dung môi: Trong nhiều trường hợp, các phản ứng hóa học có thể diễn ra mà không cần sử dụng dung môi, giúp giảm thiểu lượng chất thải và nguy cơ gây ô nhiễm.

• Sử dụng chất xúc tác enzyme: Enzyme là các chất xúc tác sinh học có khả năng xúc tác các phản ứng hóa học ở điều kiện nhẹ nhàng, thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.

• Thiết kế phản ứng xanh: Thiết kế các phản ứng hóa học diễn ra trong điều kiện nhẹ nhàng, không sử dụng nhiệt độ và áp suất cao.

• Kỹ thuật vi dòng (Microfluidics): Phương pháp này cho phép thực hiện các phản ứng hóa học trong các kênh vi mô, giúp tiết kiệm nguyên liệu, năng lượng và giảm thiểu chất thải.

• Quy trình hóa học tuần hoàn: Đây là những quy trình sản xuất mà trong đó, các chất thải phát sinh được tái sử dụng làm nguyên liệu cho các phản ứng khác, giúp tối ưu hóa tài nguyên và giảm thiểu lượng chất thải.

• Sử dụng năng lượng tái tạo: tận dụng năng lượng từ mặt trời, năng lượng gió để cung cấp năng lượng cho các quá trình sản xuất.

• Phương pháp vi sóng–siêu âm

• Phương pháp phản ứng vi bình hay micro reactor

Phương pháp kỹ thuật vi dòng (microfluidics)

Hóa học xanh không chỉ là một xu hướng mà còn là một nhu cầu cấp thiết để bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững. Bằng việc áp dụng các nguyên tắc và phương pháp của hóa học xanh, ngành hóa học có thể đóng góp tích cực vào việc xây dựng một tương lai xanh hơn cho thế hệ mai sau.