12 prinsipper for en bærekraftig kjemi

Maling, legemidler, matplast. Daglig omgir vi oss med produkter som har vært gjennom kjemiske prosesser. Hvor bærekraftige var de kjemiske prosessene? Og hva betyr grønn kjemi for deg og meg?

12 prinsipper for en bærekraftig kjemi
– Kjemien kan bidra til at vi får en grønnere fremtid, sier førsteamanuensis Elisabeth Egholm Jacobsen (i midten). Her underholder hun masterstudentene Lucas Boquin og Susanne Troøyen med lit blåfarget vann. Foto: Per Henning/NTNU

Metallet i stolen du sitter på, mobiltelefonen i lommen din, håndkremen du smører deg med, tablettene du tar. Svært mye av det du omgir deg med i hverdagen, er resultatet av kjemiske industrielle prosesser.

Begrepet grønn kjemi, eller bærekraftig kjemi, har blitt brukt siden 1990-tallet, da det ble lansert av den amerikanske kjemikeren Paul Anastas. Målet med grønn kjemi er å skape miljøvennlige kjemiske prosesser og produkter. Men hva betyr det i praksis?

Vi har spurt NTNU-kjemiker Elisabeth Egholm Jacobsen.

– Grønn kjemi baserer seg på grunnleggende forståelse av kjemi på atom- og molekylnivå. Det er en tenkemåte som er viktig både for alle som jobber med kjemiske prosesser og for de som bruker resultatene av dem. Det gjelder alt fra produksjon av maling og legemidler til håndtering av matavfall, forteller Jacobsen.

– Kjemi er viktig for oss i hverdagen. Kjemien kan også bidra til at vi får en grønnere fremtid. Derfor er også grønn kjemi en naturlig del av både kjemiutdanning og forskning ved NTNU.

Hva er forskjellen på grønn kjemi og miljøkjemi?

Du har kanskje hørt om miljøkjemi? Miljøkjemi handler om å oppdage og overvåke forurensende kjemikalier i naturen og hvilke effekter de har.

– Grønn kjemi er overordnet miljøkjemi. Den handler om hele livssyklusen til et kjemisk framstilt produkt: fra design, produksjon og bruk til håndteringen av produktet når det er definert som avfall. 

12 prinsipper for grønn kjemi

Som en ledesnor for arbeidet med mer bærekraftig kjemi utviklet Paul Anastas – sammen med John C. Warner – 12 prinsipper for grønn kjemi.

Disse startet som retningslinjer, men har i mange tilfeller endt med å bli til krav.  Jacobsen forteller at EU-reguleringer nå krever at industrien bruker grønne metoder og biobaserte råvarer til kjemiske prosesser.

Dette er de 12 prinsippene for grønn kjemi:

  1. Avfallsforebygging: Det er bedre å unngå skadelig avfall enn å måtte håndtere farlig avfall i etterkant. Det betyr at kjemiske prosesser må planlegges og optimaliseres for å unngå farlig avfall. Og at eksisterende prosesser vurderes ut fra mengder og typer avfall.

    – Ved hjelp av grønn kjemi ble det for eksempel utviklet nye og mer miljøvennlige måter å produsere non-stick belegget i stekepanner på, forteller Jakobsen.

  2. Atomøkonomi: Dette handler om å hindre avfall på atom- og molekylnivå. Alle atomene eller materialene, som er med i en kjemisk prosess, bør også være med i sluttproduktet. Det betyr at det ikke blir avfallsprodukter. Dette er en av de vanligste metodene for å måle hvor «grønn» en kjemisk prosess er.

    – Ta for eksempel en håndkrem: Det er mulig å bruke ulike typer kjemiske prosesser for å komme fram til håndkremer med like egenskaper. Skal man ta valg som er gode for miljøet og brukerne, blir det viktig å forstå både de kjemiske prosessene, vurdere alternativer og velge prosessen med best atomøkonomi.

  3. Mindre farlige kjemiske synteser: Kjemiske synteser handler om å fremstille et kjemisk stoff fra andre stoffer. Dette gjør det mulig å fremstille et stort antall av de kjemiske forbindelsene som finnes i naturen, men også å fremstille mange nye forbindelser med nyttige egenskaper.

    Når man bruker kjemiske stoffer til å lage et produkt, skal de være minst mulig skadelige for mennesker og miljøet.

    – Ved NTNU forskes det for eksempel på materialer som kan brukes i berøringsskjermer på mobiltelefoner. Denne type materialer lages med bly som kan være miljøskadelige. Med prinsippene i grønn kjemi som utgangspunkt utvikler de materialer laget av helt ufarlige stoffer.

  4. Designe tryggere kjemikalier: Produkter skal ha den ønskede funksjonen og være minst mulig skadelige. Det er viktig at stoffene som brukes, er trygge. Både for de som lager dem og de som bruker kjemikalier. I Norge er det krav til alle virksomheter som bruker produkter som inneholder kjemikalier som kan være en risiko for helse og/eller miljø. Disse virksomhetene – som kan være alt fra sykehus til industri – har plikt til å vurdere kjemikaliene de bruker og bytte til mindre skadelige alternativer der det er mulig.


    – Her ved Institutt for kjemi på NTNU bruker vi mange kjemikalier både i forskning og i undervisning. Vi har strenge rutiner på å gjennomgå alle kjemikalier og vurdere om de bør byttes ut med andre, sier Jakobsen.

    – For eksempel bruker vi ikke lenger kloroform. I gamle dager ble stoffet brukt til bedøvelse, og i kjemisammenheng har det blitt brukt som løsningsmiddel og som utgangspunkt for å lage andre kjemiske stoffer. Hvis kloroform utsettes for luft og lys, kan det derimot utvikles en veldig giftig gass. Derfor har vi funnet et alternativ.

– Grønn kjemi er overordnet miljøkjemi. Den handler om hele livssyklusen til et kjemisk framstilt produkt, sier NTNU-kjemiker Elisabeth Egholm Jacobsen. Foto: Per Henning/NTNU
  1. Sikrere løsningsmidler og hjelpestoffer: I en kjemisk løsning brukes løsningsmidler til å løse opp faste stoffer, gasser eller andre væsker. Hjelpestoffer brukes ofte til å binde ingrediensene sammen. Løsningsmidler og hjelpestoffer gjør det enklere å blande stoffer og gi produkter som for eksempel kosmetikk, legemidler eller maling den konsistensen de skal ha.

    – Enkelte løsningsmidler kan føre til helseskader. Det har derfor blitt forsket mye på å utvikle andre stoffer som løses i vann, eller finne prosesser hvor man unngå løsningsmidler helt. For eksempel blir det utviklet og solgt stadig mer vannbasert husmaling.

  2. Design for energieffektivitet: På verdensbasis står industri som produserer jern og stål, sement og kjemikaler for rundt 20 prosent av verdens direkte CO₂-utslipp og i underkant av 40 prosent av energiforbruket. Det er derfor svært viktig at kjemiske prosesser designes slik at de krever minst mulig energi.

    – Det ultimate målet er å bruke romtemperatur og atmosfærisk trykk i de kjemiske prosessene. Men for eksempel innen fremstilling av metall er ikke det mulig. I hvert fall ikke på en god stund ennå. Da må man i en del tilfeller opp i nær 2500 grader. Men forskere har jobbet lenge med dette, i tett samarbeid med industrien, og har funnet mange løsninger som gjør metallproduksjon grønnere og mer effektiv.

  3. Bruk av fornybare råvarer: Hvis mulig, bruk fornybare råvarer. Energi framstilt av avfall eller sukkerrør istedenfor olje og kull, og plast produsert av cellulose fra trær, er eksempler på bruk av fornybare råvarer.

    – Her har jeg lyst til å trekke fram norske selskaper som Arbaflame på Kongsvinger og Borregaard som eksempler. Arbaflame produserer biokull, og Borregaard er ledende på biobaserte kjemikalier. Begge selskapene har store avdelinger som jobber med forskning og utvikling, sier Jacobsen.

  4. Reduser derivater: Et derivat er en kjemisk forbindelse fremstilt av en annen kjemisk forbindelse, altså et produkt framstilt i flere trinn. Hvis man unngå mange trinn i kjemiske reaksjoner, vil man også unngå bruk av flere kjemiske stoffer. Man trenger mindre energi og skaper mindre avfall.

  5. Katalyse: De fleste kjemiske reaksjoner skjer langsomt hvis de ikke først blir tilført en del energi ved at de varmes opp. Et alternativ til dette er å tilsette en katalysator.

    Katalysatoren er et stoff som kun påvirker hastigheten til reaksjonen, ikke hva som skjer i reaksjonen. Katalyse defineres som å øke hastigheten til kjemiske reaksjoner ved hjelp av en katalysator.

    – Når man bruker riktige katalysemåter i en industriell kjemisk prosess, kan man både spare mye energi og redusere avfall. Ved NTNU forskes det for eksempel på bruk av katalyse for å redusere energiforbruk ved produksjon av plast, kunstgjødsel og mye mer.

  6. Design for nedbryting: En del stoffer brukt i ulike produkter har vist seg å bli værende i naturen i lang, lang tid etter at produktet er kastet som avfall. Derfor er det så viktig å utvikle produkter som kan brytes ned over tid, uten å skade verken mennesker, dyr eller naturen.

    – Utvikling av biologisk nedbrytbar plast er et eksempel på design for nedbryting, forklarer forskeren. 

     

  7. Sanntidsanalyse for forebygging av forurensning: Når kjemikere utfører eksperimenter brukes ofte mange ulike analysemetoder for å overvåke de kjemiske reaksjonene – for eksempel for å finne ut når reaksjonen er ferdig.

    – Å observere, måle og analysere er en viktig del av kjemien, og noe vi alltid lærer studentene våre, sier Jakobsen.

    Når det gjelder kjemi i industriskala, hvor mengdene er store og de negative konsekvensene kan bli enorme, er det svært viktig å ha analysemetoder for å kunne overvåke de kjemiske reaksjonene tett hele veien. Hvis noe går galt, må man kunne oppdage det og stoppe det raskt.

  8. Tryggere kjemi for ulykkesforebygging: Generelt bør man jobbe for å skape trygge prosesser og trygge kjemikalier for å hindre ulykker. Enten det er på grunn av uhell på arbeidsplassen, forurensning eller annet.

Slik brukes prinsippene i forskningen

Et eksempel på grønn kjemi Jacobsen lærer sine studenter, er forsøk med et legemiddel som i tillegg til å være en astmaspray, også står på dopinglista som et prestasjonsfremmende middel.

Grunnen er at det åpner luftveiene, men også reduserer fett og øker muskelmassen. Syklisten Alberto Contador testet positivt for dette legemiddelet, og ble fratatt seieren i Tour de France 2010.

– Vi har brukt ulike metoder for å undersøke hvilken av de kjemiske bestanddelene i legemiddelet som har denne dobbelteffekten, forteller forskeren.

– Det vi ser, er at en kjemisk prosess kalt enzymkatalyse kan være en grønn og mild metode for å oppnå viktige forbindelser for legemidler, samtidig som den kan skape ikke-ønskede bieffekter. Alt avhenger av hvordan man designer de kjemiske reaksjonene.

Det illustrerer hvor viktig det er å forstå kjemien for å kunne ta gode valg.

Denne artikkelen ble først publisert på Gemini.no