녹색화학

Green chemistry

지속 가능한 화학이라고도 불리는 녹색 화학은 유해 [1]물질의 사용과 생성을 최소화하거나 제거하는 제품 및 공정의 설계에 초점을 맞춘 화학 및 화학 공학의 한 분야입니다.환경화학이 자연에 미치는 오염화학에 초점을 맞춘 반면, 녹색화학은 비재생자원의 소비를 줄이고 [2][3][4][5][6][7]오염을 막기 위한 기술적 접근을 포함한 화학의 환경적 영향에 초점을 맞춘다.

녹색 화학의 가장 중요한 목표, 즉 보다 자원 효율적이며 분자, 재료, 제품 및 프로세스의 본질적으로 안전한 설계는 다양한 맥락에서 추구할 수 있습니다.

IUPAC 정의

친환경 화학(지속 가능한 화학):인간, 동물, 식물 및 환경에 유해한 물질의 사용 또는 생성을 최소화하거나 제거하는 화학 제품 및 프로세스의 설계.주 1: [8]참조에서 좀 더 일반적인 것으로 수정.

비고 2: 녹색 화학은 실험실 규모와 산업 규모 모두에서 오염 방지와 폐기물 제로의 공학적 개념을 논한다.생산량을 향상시킬 뿐만 아니라 화학 공정 [9]종료 시 폐기물의 처리 비용을 절감하는 경제적이고 친환경적인 기술의 사용을 장려합니다.

역사

1990년대까지 다양한 기존 아이디어와 연구 노력(원자 경제 및 촉매 작용 등)에서 녹색 화학이 출현하여 화학 오염 및 자원 고갈 문제에 대한 관심이 높아지고 있다.유럽과 미국의 녹색 화학의 발달은 환경 문제 해결 전략의 전환으로 연결되었다: "파이프 끝"에서의 산업 배출량 감축을 명령과 통제에서 벗어나 생산 기술의 혁신적인 설계를 통해 오염의 적극적인 예방으로.특히 그들 자신들.1990년대 중후반 녹색 화학으로 인식된 일련의 개념은 ('깨끗한'과 '지속 가능한'[10][11] 화학과 같은 경쟁 용어보다 우세했던) 용어의 광범위한 채택과 함께 결합되었다.

미국에서는 환경보호청이 오염방지 프로그램, 자금조달 및 전문적 조정을 통해 녹색 화학을 육성하는 데 중요한 역할을 초기에 수행했다.이와 함께 영국 요크대 연구진왕립화학회 내 녹색화학네트워크 구축과 녹색화학저널 창간에도 기여했다.[11]

원칙

1998년에는 폴 아나스타스(당시 미국 EPA에서 녹색 화학 프로그램을 감독)와 존 C. Warner(당시 Polaroid Corporation의)는 녹색 [12]화학의 실천을 안내하는 일련의 원칙을 발표했다.12가지 원칙은 화학 생산의 환경 및 건강에 미치는 영향을 줄이기 위한 다양한 방법을 다루며, 또한 녹색 화학 기술의 개발을 위한 연구 우선 순위를 나타낸다.

원칙에는 다음과 같은 개념이 포함됩니다.

녹색 화학의 12가지 원칙은 다음과 같습니다.[13]

  1. 예방.폐기물이 생성된 후 처리하거나 청소하는 것보다 폐기물을 예방하는 것이 더 좋습니다.
  2. 원자 경제합성 방법은 공정에서 사용되는 모든 재료를 최종 제품에 최대한 통합하도록 노력해야 합니다.이는 결과적으로 발생하는 낭비가 줄어들게 된다는 것을 의미합니다.
  3. 위험한 화학 합성이 적습니다.합성 방법은 사람 및/또는 환경에 유해한 물질을 사용하거나 생성하지 않도록 해야 한다.
  4. 안전한 화학물질 설계화학제품은 가능한 한 무독성을 유지하면서 원하는 기능을 달성하도록 설계되어야 한다.
  5. 안전한 용제 및 보조제.보조 물질은 가능한 한 피해야 하며, 사용해야 할 경우에는 가능한 한 위험하지 않습니다.
  6. 에너지 효율을 추구한 설계.에너지 요건을 최소화하고 가능한 한 주위 온도와 압력에서 프로세스를 수행해야 합니다.
  7. 재생 가능한 원료의 사용.가능하면 비재생 원료보다 재생 가능한 원료나 원료를 사용하는 것이 좋습니다.
  8. 파생상품을 줄입니다.불필요한 파생상품 생성(예: 보호그룹의 사용)은 최소화하거나 가능하면 피해야 한다. 이러한 단계는 추가 시약이 필요하며 추가 폐기물을 발생시킬 수 있다.
  9. 촉매 작용소량으로 반응 반복에 사용할 수 있는 촉매 시약은 화학량 측정 시약(반응으로 소비되는 시약)보다 우수합니다.
  10. 성능 저하를 위한 설계화학제품은 환경을 오염시키지 않도록 설계되어야 하며, 그 기능이 완성되면, 유해하지 않은 제품으로 분해되어야 한다.
  11. 오염 방지를 위한 실시간 분석.분석 방법론은 위험 물질이 형성되기 전에 실시간으로 진행 중인 모니터링 및 제어를 가능하게 하기 위해 더욱 개발되어야 한다.
  12. 사고 예방을 위한 본질적으로 안전한 화학 작용입니다.가능한 한 폭발, 화재 및 우발적 누출 등의 위험을 최소화하기 위해 프로세스 내의 물질과 그 물질의 형태를 선택해야 한다.

트렌드

화학 공정의 친환경성을 정량화할 뿐만 아니라 화학 수율, 반응 성분 가격, 화학 물질 처리 안전성, 하드웨어 수요, 에너지 프로필 및 제품 정제 용이성 등의 다른 변수도 고려하려는 시도가 이루어지고 있습니다.한 정량적 [14]연구에서 니트로벤젠아닐린으로의 환원은 100점 만점에 64점을 받아 전체적으로 허용 가능한 합성으로 표시되며, HMDS이용한 아미드의 합성은 결합된 32점에 대해서만 적절한 것으로 설명된다.

녹색 화학은 나노 기술의 환경 [15]영향을 평가하기 위해 연구자들이 사용해야 하는 강력한 도구로 점차 인식되고 있다.나노 소재가 개발됨에 따라 제품 자체와 제품 제조 공정이 환경에 미치는 영향과 인간의 건강에 미치는 영향을 장기적인 경제성을 확보하기 위해 고려해야 한다.나노소재 기술의 경향이 있지만, 사람들은 잠재적인 나노독성을 무시했다.따라서 사람들은 나노 물질과 관련된 법적, 윤리적, 안전성 및 규제 문제에 대한 추가적인 고려를 다룰 필요가 있다.

그린 솔벤트

인간 활동에서 용제의 주요 용도는 페인트와 코팅(사용량의 46%)에 있습니다.소량 용도에는 세척, 그리스 제거, 접착제, 화학 [17]합성 등이 있습니다.전통적인 용제는 종종 독성이 있거나 염소 처리된다.반면 녹색 용제는 일반적으로 건강과 환경에 덜 해롭고 가능하면 더 지속가능합니다.이상적으로 용제는 재생 가능한 자원에서 파생되어 생분해되어 무해하며, 종종 자연적으로 발생하는 [18][19]제품이다.그러나 바이오매스로 용제를 제조하는 것은 화석 [20]연료로 동일한 용제를 만드는 것보다 환경에 더 해로울 수 있다.따라서 제품 또는 [21]공정에서 용제를 선택할 때 용제 제조가 환경에 미치는 영향을 고려해야 합니다.또 다른 고려해야 할 요소는 사용 후 용제의 운명이다.용제의 수집과 재활용이 가능한 밀폐된 상황에서 용제를 사용하는 경우 재활용과 관련된 에너지 비용 및 환경적 해를 고려해야 합니다. 이러한 상황에서는 정화에 에너지 집약적인 물이 가장 친환경적인 선택이 아닐 수 있습니다.한편, 소비자 제품에 포함된 용제는 사용 시 환경에 방출될 가능성이 높기 때문에 용제 자체의 환경적 영향은 용제 재활용의 에너지 비용이나 영향보다 더 중요합니다.이 경우 물은 친환경적인 선택이 될 가능성이 매우 높습니다.요컨대, 요람에서 무덤(또는 요람에서 요람으로 재활용되는 경우)까지 용제의 전체 수명 동안 미치는 영향을 고려해야 합니다.따라서 녹색 용제의 가장 포괄적인 정의는 다음과 같습니다. "녹색 용제는 제품 또는 공정이 전체 수명 [22]주기에 걸쳐 환경에 미치는 영향을 최소화하는 용제입니다."

정의상 용제는 한 용도에 대해서는 녹색이지만(그 용도에 사용할 수 있는 다른 어떤 용제보다 환경에 미치는 영향이 적기 때문에) 다른 용도에 대해서는 녹색 용제가 아닐 수 있습니다.대표적인 예가 인데, 이는 변기 세척제와 같은 소비자 제품에는 매우 녹색 용매이지만 폴리테트라플루오로에틸렌 제조에는 녹색 용매가 아닙니다.이 폴리머를 생산하기 위해서는 물을 용매로 사용하기 위해서는 지속성이 높은 과불화계면활성제를 첨가해야 한다.대신, 초임계 이산화탄소는 계면활성제 [23]없이도 잘 작동하기 때문에 그 용도에 가장 친환경적인 용매로 보입니다.즉, 어떠한 용제도 특정 용도에 한정되지 않는 한 '친환경 용제'라고 선언할 수 없다.

합성 기술

새로운 합성 기술이나 강화된 합성 기술은 종종 향상된 환경 성능을 제공하거나 녹색 화학의 원칙을 더 잘 준수할 수 있게 한다.예를 들어, 2005년 노벨 화학상은 이브 쇼빈, 로버트 H. 그럽스, 리처드 R.에게 수여되었다.Schrock, 유기 합성에서의 메타세시스 방법의 개발을 위해 녹색 화학과 "더 슬림한 생산"[24]에 대한 기여에 대한 명확한 언급을 했다.2005년 리뷰에서는 유기 합성 분야에서 녹색 화학의 세 가지 핵심 발전, 즉 녹색 용매로서의 초임계 이산화탄소의 사용, 깨끗한 산화를 위한 과산화수소 수용, 비대칭 [25]합성에 수소의 사용이 확인되었다.적용된 녹색 화학의 또 다른 예로는 초임계 물 산화, 물 반응, 건조 매체 [citation needed]반응 등이 있습니다.

생명공학은 또한 친환경 화학 목표를 달성하기 위한 유망한 기술로 여겨진다.로슈가 박테리아에서 발효시킨 타미플루 전구체인 쉬마이트와 같은 많은 중요한 프로세스 화학물질이 공학적 유기체에서 합성될 수 있다.클릭 화학은 종종 녹색[citation needed] 화학의 목표와 일치하는 화학 합성 스타일로 인용된다.'녹색 약국'의 개념은 최근 유사한 [26]원칙에 기초하여 명확하게 표현되었다.

송풍제로서의 이산화탄소

1996년 다우케미칼은 폴리스티렌 폼 생산용 100% 이산화탄소 송풍제로 1996년 그린 반응 조건 상을 수상했습니다.폴리스티렌 폼은 포장 및 식품 운송에 사용되는 일반적인 재료입니다.미국에서만 매년 7억 파운드가 생산된다.전통적으로 폼 시트의 생산 공정에는 CFC와 기타 오존층 파괴 화학물질이 사용되었으며, 이는 심각한 환경적 위험을 야기했다.인화성, 폭발성, 경우에 따라서는 독성 탄화수소가 CFC 대체품으로 사용되기도 했지만, 그것 자체의 문제가 있습니다.다우 케미칼은 초임계 이산화탄소가 유해 물질 없이 송풍제뿐만 아니라 동일하게 작용하여 폴리스티렌을 보다 쉽게 재활용할 수 있다는 사실을 발견했습니다.공정에서 사용되는 CO는 다른2 산업으로부터 재사용되므로 공정에서 방출되는 순 탄소 수는 0입니다.

히드라진

어드레싱 원리 #2는 염분을 공생시키지 않고 히드라진을 제조하는 과산화물 공정이다.히드라진은 전통적으로 차아염소산나트륨(많은 표백제의 활성 성분)과 암모니아로부터 올린 라시그 공정으로 생산됩니다.순반응은 표적 생성물 히드라진의 [27]모든 등가물에 대해 염화나트륨을 1등분 생성한다.

NaOCL + 2 NH3 → HN-NH22 + NaCl + HO2

녹색 과산화물 공정에서는 산화제로 과산화수소를 사용하고, 부생성물은 물이다.순변환율은 다음과 같습니다.

2 NH3 + HO22 → HN-NH22 + 22 HO

원칙 #4에 따라 이 프로세스는 보조 추출 용제를 필요로 하지 않습니다.메틸에틸케톤은 히드라진의 운반체로 사용되며, 중간 케타진상은 반응 혼합물에서 분리되어 추출 용제의 필요 없이 작업을 용이하게 한다.

1,3-프로판디올

원칙 #7에 대한 대처는 전통적으로 석유화학 전구물질에서 생성된 1,3-프로판디올에 대한 녹색 경로이다.그것유전자 변형 [28]대장균 변종을 사용하여 1,3-프로판디올의 바이오세파레이션을 통해 재생 가능한 전구체로부터 생산될 수 있다.디올은 카펫 제조를 위한 새로운 폴리에스테르를 만드는 데 사용됩니다.

락타이드

락타이드

2002년 카길다우( 네이처)Works)는 폴리유산 중합에 대한 개선된 방법으로 Greener Reaction Conditions Award를 수상했다.불행히도 젖산염기 고분자는 성능이 좋지 않아 수상 직후 다우사에 의해 프로젝트가 중단됐다.젖산은 옥수수를 발효시켜 생산되며, 효율적인 주석 촉매 환화를 사용하여 젖산의 고리형 이합체인 젖산으로 변환됩니다.L, L-락타이드 에난티오머는 증류에 의해 분리되고 용융액에서 중합되어 결정성 고분자를 만들며 섬유, 의류, 커틀러리, 식품포장 의 용도가 있다.월마트는 제품 포장에 PLA를 사용하고 있다고 발표했습니다.더 네이처PLA 공정은 석유 공급 원료 대신 재생 가능한 재료를 사용하고, 다른 PLA 공정에서 전형적으로 유해 유기 용제를 사용할 필요가 없으며, 재활용 및 퇴비가 가능한 고품질 폴리머를 제공합니다.

카펫 타일 뒷면

2003년 쇼인더스트리는 EcoWorx의 낮은 독성, 뛰어난 접착성, 치수 안정성 및 재활용 능력으로 인해 폴리올레핀 수지 조합을 EcoWorx의 베이스 폴리머로 선택했습니다.EcoWorx 컴파운드는 나일론 카펫 섬유와 호환되도록 설계되어야 했습니다.EcoWorx는 어떤 파이버 타입에서도 복구할 수 있지만 나일론-6은 큰 이점을 제공합니다.폴리올레핀은 알려진 나일론-6 탈중합 방법과 호환됩니다.PVC는 이러한 프로세스를 방해합니다.나일론-6 화학은 잘 알려져 있고 1세대 생산에서는 다루어지지 않습니다.EcoWorx는 처음부터 성능, 건강 및 환경 측면에서 시장의 요구를 충족시키는 데 필요한 모든 설계 기준을 충족했습니다.연구 결과, 용출, 연삭, 공기 분리를 통한 섬유 분리와 백킹이 얼굴과 백킹 컴포넌트를 회수하는 가장 좋은 방법임이 입증되었지만, 사후 소비자 EcoWorx를 용출 공정으로 되돌리기 위한 인프라가 필요했습니다.연구 결과, 포스트 컨슈머 카펫 타일은 내용연수가 끝날 때 긍정적인 경제적 가치가 있는 것으로 나타났습니다.EcoWorx는 MBDC에서 인정받은 크래들 투 크래들 설계로 인정받고 있습니다.

트랜스 및 시스 지방산

지방의 에스텔화

2005년, Archer Daniels Midland(ADM)와 Novozymes는 효소 관심화 과정으로 Greener Synthetic Pathways Award를 수상했습니다.미국 식품의약국(FDA)이 2006년 1월 1일까지 영양 정보에 트랜스패트를 표시하도록 의무화한 것에 대응하여, Novozymes와 ADM은 포화 지방산과 불포화 지방산을 교환함으로써 기름과 지방의 관심화를 위한 깨끗하고 효소적인 프로세스를 개발하기 위해 협력했습니다.그 결과 트랜스패트 없이 상업적으로 실행 가능한 제품을 얻을 수 있습니다.트랜스패트를 제거하는 인간의 건강상의 이점 외에도, 이 과정은 독성 화학물질과 물의 사용을 줄이고, 방대한 양의 부산물을 방지하며, 낭비되는 지방과 기름의 양을 줄였습니다.

바이오수신산

2011년에는 바이오 기반 석신산의 통합 생산 및 다운스트림 응용에 대해 BioAmber Inc.에 우수 녹색 화학 업적이 수여되었습니다.숙신산은 일상적인 제품 제조에서 중요한 출발 물질인 플랫폼 화학 물질이다.전통적으로 석신산은 석유를 기반으로 하는 원료에서 생산된다.바이오앰버는 CO를 배출하지 않고 격리하면서2 재생 가능한 [29]원료의 발효로 석신산을 석유 등가물보다 저렴하고 에너지 소비를 줄이는 프로세스와 기술을 개발했다.하지만 기름값 하락으로 회사가 파산했고 바이오소싱 숙신산은 이제 거의 [31]만들어지지 않았다.

실험실 화학물질

몇몇 실험실 화학물질들은 녹색 화학의 관점에서 논란이 되고 있다.매사추세츠공과대학은 대안 식별을 돕기 위해 "친환경" 대안 마법사[2]를 만들었습니다.브롬화 에티듐, 자일렌, 수은, 그리고 포름알데히드는 [32]대안을 가지고 있는 "최악의 범죄자들"로 확인되었다.특히 용제는 화학 제조의 환경 영향에 크게 기여하고 있으며, 실험실 규모의 반응 및 정화 방법 [33]등 이러한 공정의 개발 초기 단계에 그린 용제를 도입하는 데 초점을 맞추고 있습니다.제약업계에서는 GSK와 화이저[35] 모두[34] 약품발견 화학자를 위한 솔벤트 셀렉션 가이드를 발행하고 있습니다.

법령

EU

2007년에 EU는 Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals(REACH; 화학제품의 등록, 평가, 허가 및 제한) 프로그램을 실시했습니다.이 프로그램은 기업이 자사 제품이 안전하다는 것을 나타내는 데이터를 제공하도록 요구하고 있습니다.이 규정(1907/2006)은 화학물질의 위험과 사용 중 위험의 평가를 보장할 뿐만 아니라 특정 물질의 사용을 금지하거나 제한/허가하는 조치도 포함한다.헬싱키에 있는 EU 화학청(ECHA)은 이 규정을 시행하고 있지만 집행은 EU 회원국에 있다.

미국

미국은 1970년에 환경 규제를 만들고 시행함으로써 인간과 환경의 건강을 보호하기 위해 환경보호청(EPA)을 결성했다.친환경 화학은 화학자와 엔지니어가 독소와 [36]폐기물의 생성을 방지하는 화학 물질, 공정 및 제품을 설계하도록 장려함으로써 EPA의 목표를 기반으로 합니다.

대부분의 공업용 화학 물질(농약, 식품 및 의약품 제외)을 관리하는 미국 법률은 1976년 TSCA(Toxic Substances Control Act)입니다.미국에서 녹색 화학의 발전을 형성하는 데 있어 규제 프로그램의 역할을 검토하면서, 분석가들은 TSCA의 구조적 결함 및 오랜 약점을 밝혀냈다. 예를 들어, 2006년 캘리포니아 입법부에 대한 보고서는 TSCA가 국내 화학 시장을 생산하여 TSCA의 위험 특성을 할인했다고 결론지었다.기능, 가격 및 [37]성능에 비례하는 화학 물질.학자들은 이러한 시장 상황이 미국에서 녹색 화학의 과학적, 기술적, 그리고 상업적 성공을 가로막는 중요한 장벽이며 이러한 [38]약점을 바로잡기 위해서는 근본적인 정책 변화가 필요하다고 주장해 왔다.

1990년에 통과된 오염방지법은 환경문제가 발생하기 전에 예방함으로써 오염에 대처하는 새로운 접근법을 육성하는 데 도움을 주었다.

미국에서는 1990년 오염방지법이 통과된 후 녹색 화학이 인기를 끌었다.이 법은 처리 및 폐기보다는 디자인과 제품을 개선하여 오염을 감소시켜야 한다고 선언했다.이 규제들은 화학자들이 오염을 다시 상상하고 대기 중의 독소를 제한하는 방법을 연구하도록 장려했다.1991년 EPA 오염방지 및 독성물질 사무소는 환경 및 [39]인간 건강에 미치는 영향을 제한하기 위해 화학제품과 공정의 연구와 레크리에이션을 장려하는 연구 보조금 프로그램을 만들었다.EPA는 매년 The [40]Green Chemistry Challenge를 개최하여 녹색 화학의 개발과 활용에 따른 경제적, 환경적 이점을 장려하고 있습니다.

2008년 캘리포니아 주는 녹색 화학을 장려하기 위한 두 가지 법을 승인하여 캘리포니아 녹색 화학 이니셔티브를 출범시켰습니다.이들 법령 중 하나는 캘리포니아 독성물질관리부(DTSC)가 "관심 화학물질"의 우선 순위를 정하고 유해 화학물질을 안전한 대체물로 대체하기 위한 새로운 규정을 개발할 것을 요구했습니다.이에 따른 규제는 2013년에 발효되어 DTSC의 Safer Consumer Products [41]Program을 시작했습니다.

교육

많은 기관에서 녹색 화학에 대한 과정과 학위를 제공합니다[42].세계 각지의 예로는 덴마크의 기술 [43]대학교가 있으며, 미국에는 매사추세츠-보스턴,[44][45] 미시간 [46]및 오리건 대학교가 있습니다.인도 [47]화학 기술 연구소에서 그린 테크놀로지 석박사 과정을 도입했습니다.영국 레스터 요크[48] 대학 화학과 임페리얼 칼리지 런던 녹색 화학과 MRes.스페인에서는 Universitat Jaume[49] I 또는 Universidad de Navara와 [50]같은 다른 대학들이 녹색 화학 석사 과정을 제공합니다.미시건 녹색 화학 클리어 [51]하우스처럼 녹색 화학에 초점을 맞춘 웹사이트도 있다.

취리히 응용과학대학 ZHAW는 녹색화학 석사 과정 외에도 12가지 [52]원칙을 설명하는 박람회 및 웹 페이지 "Making chemistry"를 더 많은 대중을 위해 제공합니다.

녹색 화학에 특화된 과학 저널

경합하는 정의

녹색 화학의 정의와 더 넓은 과학, 정책 및 비즈니스 커뮤니티에서 녹색 화학이 어떻게 이해되는지에는 애매한 부분이 있습니다.심지어 화학 분야에서도 연구자들은 아나스타스와 워너(즉, 12가지 [11]원리)가 제시한 프레임워크와는 독립적으로 "녹색 화학"이라는 용어를 사용해 왔다.이 용어의 모든 사용이 정당한 것은 아니지만(그린워싱 참조), 많은 용어가 합법적이며 단일 정의의 권위적 지위는 불확실하다.보다 광범위하게, 녹색 화학의 개념은 녹색 공학, 환경 설계 또는 일반적으로 지속 가능성과 같은 관련 개념과 쉽게 연결(또는 혼동)될 수 있습니다.녹색 화학의 복잡성과 다면성은 명확하고 단순한 측정 기준을 고안하는 것을 어렵게 합니다.그 결과, "녹색인 것"은 [53]종종 논쟁의 여지가 있다.

어워드

몇몇 과학 협회는 녹색 화학 연구를 장려하기 위해 상을 만들어 왔다.

  • 호주 왕립화학연구소(RACI)가 주관하는 호주의 그린 케미컬 챌린지 어워드.
  • 캐나다 녹색 화학상.[54]
  • 이탈리아에서 녹색 화학 활동은 [55]INCA로 알려진 대학 간 컨소시엄을 중심으로 한다.
  • 일본에서는 그린&서스테너블 케미스트리 네트워크가 GSC 어워드 프로그램을 [56]감독하고 있습니다.
  • 영국에서는 크리스탈 패러데이가 [57]그린 케미컬 테크놀로지 어워드를 수여한다.
  • 미국에서는 Presidential Green Chemistry Challenge Awards가 개인과 [58][59]기업을 표창합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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