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sabato 3 marzo 2018

La rivoluzione olistica della chimica verde

Abbiamo già avuto occasione di raccontare cosa si intenda quando si parla di “chimica verde”: si entra nel mondo delle soluzioni ecologiche, sostenibili ed ecocompatibili di tutti quei processi industriali che sfruttano le energie fossili non rinnovabili o prodotti di sintesi dannosi per le specie viventi e l’ambiente. La chimica verde NON si occupa dell’industria alimentare per quanto riguarda il prodotto finale ma entra nel merito della produzione, per esempio dei fertilizzanti, fitofarmaci ecc.
Ormai da anni abbiamo preso confidenza con articoli monouso, come piatti e posate, prodotti in MaterBi, una bioplastica biodegradabile e compostabile, brevettata dalla Novamont, con cui si realizzano prodotti a basso impatto ambientale per la vita di tutti i giorni.
Con il mais si realizzano anche i CD: da una cooperazione tra Mitsui Chemicals Inc. e Cargill-Dow, LLc, Sanyo nel 2003 è stato realizzato il primo CD in bioplastica utilizzando il mais come materia prima per produrre l’acido polilattico con cui è realizzato il CD. Per fare un CD bastano 85 semi di mais, da una pannocchia intera si ricavano 10 CD. Sarebbe sufficiente lo 0,1% della produzione annuale per realizzare 10 miliardi di dischi.

La sostenibilità della “chimica verde” trova un suo punto di forza non solo nel prodotto finito ma ovviamente anche nel processo di produzione del bene. Dal momento che la materia prima è costituita da prodotti di derivazione agricola, è fondamentale che le fonti primarie e rinnovabili non vengano utilizzate a un ritmo più veloce rispetto al tempo necessario alla loro rigenerazione o che non si arrivi alla iperproduzione di un vegetale in monocultura: si pensi ad esempio alla coltivazione dei vegetali destinati alla produzione dei biocarburanti. Un tale comportamento comporterebbe danni enormi all’ecosistema di intere zone del pianeta.
Per questo motivo vengono privilegiate quelle soluzioni che permettono di sfruttare materiali di scarto: un ottimo esempio di economia circolare e applicazione della chimica verde è costituito dalla produzione di biogas.

I farmaci
Gli impianti farmaceutici generano da 25 a 100 kg di rifiuti per ogni chilogrammo di prodotto (come si legge nell’articolo di Nature “It’s not easy being green” di Katharine Sanderson)
Il rapporto è noto come fattore ambientale o “E-factor” (massa degli scarti di una reazione diviso per la massa del prodotto desiderato, entrambe espresse in chilogrammi. Tanto inferiore è il valore di questo fattore, tanto migliore è la performance ambientale della reazione studiata).
E proprio le industrie farmaceutiche sono state tra le prime a studiare il modo per produrre con meno impatto ambientale.
Il Viagra prodotto dalla Pfizer aveva un E-factor di 105. Riesaminando ogni fase della sintesi del farmaco i ricercatori hanno sostituito tutti i solventi clorurati con alternative meno tossiche e poi hanno introdotto misure per recuperare e riutilizzare questi solventi. Hanno eliminato la necessità di utilizzare il perossido di idrogeno, che può causare ustioni. Inoltre, hanno eliminato l’ossalil cloruro, un reagente che produce acido cloridrico e costituisce pertanto un problema di sicurezza. Alla fine, i ricercatori di Pfizer hanno portato l’E-factor del Viagra a 8.
La stessa Pfizer ha ridotto l’E-factor anche di un anticonvulsivante (da 86 a 9), ha apportato miglioramenti simili a un antidepressivo e a un anti-infiammatorio non steroideo. “Questi tre prodotti hanno eliminato oltre mezzo milione di tonnellate di rifiuti chimici”, afferma Dunn, leader del team che produce il Viagra.

I farmaci sono spesso prodotti mediante reazioni di sintesi a più stadi, invece che in reazioni semplici dove il reagente A reagisce col reagente B per creare il farmaco.
Nei vari stadi si perdono materiali, solventi, energia. Ecco che diventa importante ridurre questi scarti riducendo le varie fasi di lavorazione. Questo è avvenuto per l’antidolorifico ibuprofene, che inizialmente veniva prodotto in una sintesi di 6 passaggi e che una via più efficiente ha ridotto a 3.

Bioraffinerie
La parola sembra quasi una contraddizione in termini: il “bio” con la “raffineria” come si concilia?
Moltissimo a dire il vero.
La ricerca sui biocarburanti richiede l’utilizzo delle bioraffinerie.
Una serie di studi, soprattutto europei, prevedono la possibilità di trasformare o affiancare alle raffinerie esistenti o in disuso la produzione di combustibili da fonti rinnovabili. Le bioraffinerie sono industrie che integrano processi e attrezzature di conversione della biomassa per produrre combustibili o additivi per combustibili ma anche energia, calore e sostanze chimiche ad alto valore aggiunto.
Più di 10 anni fa si cominciava a parlare dell’utilizzo dell’olio di colza per far funzionare le automobili. Al tempo la flotta di autoveicoli diesel di molti Comuni della Romagna era alimentata con questo olio e l’aria sapeva di patatine fritte.
La ricerca è proseguita e oggi per i combustibili oltre che oli vegetali si utilizzano anche quelli di frittura esausti: in commercio si trovano biocarburanti che contengono fino al 15% di componente rinnovabile. Riuscire ad aumentare ulteriormente – e di molto – questa percentuale permetterà di abbassare il livello di CO2 nell’aria, promuoverà l’economia circolare e ridurrà le emissioni di gas serra. Il tutto senza cambiare il motore della nostra auto. Utopia? No, di certo, in pratica è già possibile.
Anche se si parla di combustibili l’integrazione con il territorio è molto importante. Nel Cluster Tecnologico Nazionale della Chimica Verde uno dei quattro progetti strategici di ricerca riguarda proprio la realizzazione di una bioraffineria che parte dall’identificazione di aree non di interesse agricolo e dallo studio delle culture no-food, così da ottenere biomassa attraverso processi tecnologici sostenibili.

Concludendo
Insomma, la chimica verde si occupa di tutti gli aspetti di un prodotto di sintesi chiedendosi da dove arrivano i materiali di cui si compone, quanto è costato in termini energetici e ambientali produrli e come ridurre questi costi. Si chiede se i materiali possono essere realizzati da fonti rinnovabili, se si generano sottoprodotti tossici e se quindi se ne può evitare la produzione, e quanti scarti permangono al termine del processo; infine, ultimo ma non ultimo, se sia efficiente sotto il profilo energetico.

Fonti:
http://materbi.com/
http://www.liceoartisticofoppa.it/uploads/scuola21/scuola3/fase2/Chimica/1_ChimicaVerde.pdf
http://www.nature.com/news/2011/110104/full/469018a.html
http://orizzontenergia.it/news.php?id_news=3721
http://www.peopleforplanet.it/biogas-economia-circolare-360-gradi/
http://www.scienzainrete.it/contenuto/partner/chimica-verde
http://lem.ch.unito.it/didattica/infochimica/2006_pesticidi/green/index.html
https://www.eni.com/it_IT/attivita/mid-downstream/bioraffineria.page

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