Als Grüne Chemie oder nachhaltige Chemie bezeichnet man die Art von Chemie, die versucht, Umweltverschmutzung einzudämmen, Energie zu sparen und so möglichst umweltverträglich zu produzieren. Gleichzeitig sollen Gefahren der Produktion und des Produkts vermieden werden. Um diese Ziele zu erreichen, sind die Entwicklung und Nutzung neuartiger Techniken notwendig. So kann es z. B. nachhaltiger sein, Kunststoffe oder Ethanol aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen, statt aus Erdöl. Im Gegensatz zur grünen Chemie beschäftigt sich die Umweltchemie mit der Ausbreitung, Umwandlung und den Wirkungen chemischer Stoffe auf die belebte und unbelebte Umwelt.

Eigenschaften

Die grüne Chemie bezieht sich auf alle Bereiche der Chemie, wie die organische Chemie, anorganische Chemie, Biochemie, analytische Chemie und physikalische Chemie und wird somit nicht nur im industriellen Bereich verwirklicht. Das Konzept der Click-Chemie wird oft als eine besonders grüne Art der chemischen Synthese bezeichnet.

Im Jahr 2005 erklärte Ryōji Noyori drei wichtige Entwicklungen für die grüne Chemie: Anwendung von überkritischem Kohlenstoffdioxid als grünes Lösungsmittel, in Wasser gelöstes Wasserstoffperoxid für grüne Oxidationen und der Gebrauch von Wasserstoff für stereoselektive Synthesen. Beispiele für die Umsetzung von grüner Chemie sind Oxidationsreaktionen mit überkritischem Wasser (Supercritical Water Oxidation) und lösungsmittelfreie Reaktionen (Dry Media Reaction). Eine weitere Technik im Bereich der grünen Chemie ist das Bioengineering. Zahlreiche wichtige Chemikalien können durch Synthesen in Mikroorganismen hergestellt werden, z. B. Shikimisäure.

Eine Vielzahl von Plattformchemikalien lässt sich durch Pyrolyse aus lignocellulosischer Biomasse, also aus Holz, herstellen. Wege zu Polymeren, basierend auf Fetten und Ölen als nachwachsenden Rohstoffen, wurden beschrieben.

Grundprinzipien

Paul Anastas von der Environmental Protection Agency und John C. Warner entwickelten zwölf Grundprinzipien von Green Chemistry:

  1. Vermeidung von Abfall: Abfall und Verschmutzung zu vermeiden ist, gegenüber dem nachträglichen Entsorgen und Aufarbeiten von selbigen, zu bevorzugen.
  2. Atomeffizienz: Synthesen und Reaktionen sind so zu gestalten, um im Endprodukt ein Maximum der Atome der beteiligten Edukte zu erreichen.
  3. Sicherere chemische Umwandlungen: Synthetische Methoden sollen vermieden werden, die Edukte nutzen oder Produkte erzeugen, die ein Risiko für Mensch oder Umwelt darstellen.
  4. Entwicklung sichererer Stoffe: Bei der Entwicklung chemischer Stoffe sollen bei gleichzeitiger Ausübung ihres Nutzens auch auf eine Minimierung ihrer Toxizität geachtet werden.
  5. Sicherere Lösungsmittel und Hilfsmittel: Der Einsatz von Lösungsmittel oder Hilfssubstanzen soll vermieden werden, oder – wenn es nicht anders geht, so geringe Toxizität wie möglich aufweisen.
  6. Energieeffizienz: Der Energieverbrauch soll vermindert werden und die Prozesse sollten möglichst bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck durchgeführt werden.
  7. Erneuerbare Ressourcen: Erneuerbare Ressourcen sollen bevorzugt werden.
  8. Derivate reduzieren: Anzahl der Zwischenstufen und/oder Derivate – z. B. Schutzgruppen – soll reduziert oder möglichst ganz vermieden werden. Derartige zusätzliche Schritte erfordern zusätzliche Reagenzien und verursachen zusätzlichen Abfall
  9. Katalysatoren: Katalysatoren sind stöchiometrischen Reagenzien zu bevorzugen.
  10. Natürlich abbaubar: Produkte sollen nach der Nutzung natürlich abgebaut werden können, ohne der Umwelt zu schaden.
  11. Echtzeitüberwachung der Abfallvorsorge: Die Echtzeitüberwachung ist weiterzuentwickeln um Verunreinigungen im Prozess zu vermeiden.
  12. Grundsätzliche Risikovermeidung: Die Wahl von Edukten in chemischen Prozessen soll die potentielle Gefahr, wie von Explosion, Feuer, unbeabsichtigter Freisetzung, vermeiden.

Kritik

Die chemische Synthese einiger Kraftstoffe – wie Biodiesel (Fettsäuremethylester) – aus nachwachsenden Rohstoffen (Öle und Fette, wie z. B. Rapsöl, aber auch Altspeisefette und tierische Altfette sowie anderen Triglyceriden) wird unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit vom Umweltbundesamt kritisch bewertet. Biodiesel habe eine mäßige Ökobilanz und sei volkswirtschaftlich als Kfz- und Lkw-Kraftstoff deshalb nicht sinnvoll, allerdings sei die Verwendung als Kraftstoff in Sportbooten unter Aspekten des Gewässerschutzes empfehlenswert.

Preise

Für Leistungen auf diesem Gebiet vergibt die GDCh den Wöhler-Preis für Nachhaltige Chemie.

Literatur

  • Michael Angrick, Klaus Kümmerer, Lothar Meinzer (Hg.): Nachhaltige Chemie : Erfahrungen und Perspektiven Reihe „Ökologie und Wirtschaftsforschung“, Band 66, Marburg, Metropolis-Verlag 2006 ISBN 3-89518-565-5.
  • Bernd Beek, Horst Neidhard, Günter Neumeier, Wolfgang Lohrer: Substitution umweltgefährlicher Stoffe Wissenschaftsmagazin Ökologie 8, 77–90, Technische Universität Berlin (1985).
  • Green Chemistry's Industrial Strategies (ParisTech Review, Dec. 2011).
  • Ryoji Noyori: Pursuing practical elegance in chemical synthesis. In: Chemical Communications. Nr. 14, 2005, S. 1807–1811, doi:10.1039/B502713F.
  • Hermann Fischer, Horst G. Appelhagen: Chemiewende : Von der intelligenten Nutzung natürlicher Rohstoffe, Verlag A. Kunstmann, München 2017, ISBN 978-3-95614-173-7.

Einzelnachweise

  1. ↑ Tushar P. Vispute, Huiyan Zhang, Aimaro Sanna, Rui Xiao und George W. Huber: Renewable Chemical Commodity Feedstocks from Integrated Catalytic Processing of Pyrolysis Oils, Science 330 (2010) S. 1222–1227, doi:10.1126/science.1194218.
  2. ↑ Michael A. R. Meier, Jürgen O. Metzger und Ulrich S. Schubert: Plant oil renewable resources as green alternatives in polymer science, Chem. Soc. Rev., 36 (2007) S. 1788–1802, doi:10.1039/B703294C.
  3. ↑ 12 Principles of Green Chemistry – American Chemical Society. In: American Chemical Society. Abgerufen am 19. August 2016.
  4. ↑ Empfehlung des BUA zur Verwendung von Biodiesel in Sportbooten (Memento vom 17. März 2008 im Internet Archive).
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