11.2 Grønn kjemi

Kjemi som ikke ødelegger

Kjemi har gitt oss medisiner, materialer og mat -- men også forurensning og farlig avfall. Tenk om vi kunne beholde fordelene og kutte ulempene? Det er nettopp idéen bak grønn kjemi: å designe kjemiske produkter og prosesser slik at de reduserer eller helt eliminerer farlige stoffer.

Grønn kjemi bygger på tolv prinsipper som til sammen peker mot en mer bærekraftig kjemi. Blant de viktigste er å forebygge avfall i stedet for å rydde det opp etterpå, å bruke mindre farlige kjemiske synteser, å velge fornybare råstoffer fremfor fossile, å bruke katalysatorer, og å designe produkter slik at de brytes ned i naturen etter bruk. Den røde tråden er forebygging: det beste avfallet er det som aldri oppstår.

Et sentralt mål på hvor effektiv en reaksjon er, er atomøkonomi -- hvor stor andel av atomene i reaktantene som faktisk ender opp i det ønskede produktet. Den regnes ut slik:
$$\text{Atomøkonomi (\%)} = \frac{\text{masse ønsket produkt}}{\text{total masse reaktanter}} \times 100\%$$
Høy atomøkonomi betyr at lite går til spille som biprodukter. En reaksjon kan ha godt utbytte, men likevel dårlig atomøkonomi hvis halvparten av atomene havner i avfall -- så de to målene utfyller hverandre.

Fornybare råstoffer, katalyse og hele livsløpet

Hvor henter vi byggesteinene fra? Tradisjonell kjemi har vært tungt avhengig av fossile ressurser som olje og gass -- ressurser som tar slutt og slipper ut $\text{CO}_2$. Grønn kjemi foretrekker fornybare råstoffer som biomasse (planter) og til og med $\text{CO}_2$ selv, som kan brukes som råstoff i stedet for å slippes ut. Det gir et mer bærekraftig kretsløp.

Et annet kraftig verktøy er katalyse. Katalysatorer reduserer energiforbruket ved å senke aktiveringsenergien, og de gir mer selektive reaksjoner -- altså færre uønskede biprodukter og mindre avfall. Tett knyttet til dette er energieffektivitet: kjemiske prosesser bør designes for å bruke minst mulig energi, og helst foregå ved romtemperatur og normalt trykk når det er mulig, i stedet for å kreve sterk oppvarming og høyt trykk.

Men hvordan vet vi om et produkt faktisk er miljøvennlig? Det holder ikke å se på ett enkelt trinn. Derfor bruker vi livssyklusanalyse (LCA, Life Cycle Assessment), som vurderer miljøpåvirkningen gjennom hele produktets livsløp -- fra utvinning av råvarer, gjennom produksjon og bruk, til avhending. En grundig LCA kan avsløre at et produkt som virker grønt i bruk, kanskje har stor miljøbelastning i produksjonen, eller omvendt. Det er bare ved å se hele bildet at vi kan ta virkelig bærekraftige valg.

Avfallet som atomøkonomien ikke ser, og drivstoffet fra planter

Atomøkonomien regnes fra likningen og ser bare biproduktene. I en virkelig fabrikk blir også løsemidler, reagenser og tapt produkt til avfall. Derfor måler kjemikere E-faktoren, kilo avfall per kilo produkt: $\displaystyle E = \frac{m(\text{avfall})}{m(\text{produkt})}$. Oljeraffinerier ligger under 0,1, mens legemidler ofte ligger fra 25 til over 100, fordi de lages i mange trinn med mye løsemiddel. Bruker en fabrikk 3000 kg løsemiddel per omgang og kaster alt, kan E-faktoren bli mer enn fem ganger så stor som om løsemidlet gjenvinnes.

Drivstoff er et annet sted der grønn kjemi gjør en forskjell. Bioetanol lages ved gjæring av sukker fra planter: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\,\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\,\text{CO}_2$. Per megajoule gir etanol omtrent like mye CO₂ som bensin, men karbonet ble nylig tatt opp fra lufta av plantene. Helt karbonnøytralt er det likevel ikke, for dyrking, gjødsel, destillasjon og transport bruker energi. Lages etanolen av avfall som halm og treflis i stedet for av mais, slipper vi også konkurransen med matproduksjonen.

Oppsummering

Grønn kjemi søker å designe produkter og prosesser som reduserer eller eliminerer farlige stoffer, bygd på tolv prinsipper -- forebygging av avfall, atomøkonomi, mindre farlige synteser, fornybare råstoffer, katalyse og nedbrytbarhet. Atomøkonomi måler hvor stor andel av reaktantenes atomer som ender i ønsket produkt, og utfyller utbyttet.

Grønn kjemi foretrekker fornybare råstoffer (biomasse, $\text{CO}_2$) fremfor fossile, bruker katalyse til å senke energiforbruk og gi selektive reaksjoner, og legger vekt på energieffektivitet ved å arbeide ved rom temperatur og trykk når mulig. Til slutt vurderer livssyklusanalysen (LCA) miljøpåvirkningen gjennom hele produktets liv -- fra råvarer til avhending -- slik at vi kan ta valg basert på hele bildet. E-faktoren måler alt avfallet per kilo produkt, også løsemidler, og bioetanol fra gjæring er et fornybart drivstoff, men ikke helt karbonnøytralt.