Yeşil Kimyadan Yeşil Sanayiye

yeşil kimya uygulamaları

Bir önceki yazımızda yeşil kimyadan ve yeşil kimyanın 12 temel ilkesinden bahsetmiştik. Şimdi hep beraber yeşil kimyanın uygulamalarına kısa bir bakış atalım.

Okuyun: Geleceğin Kimyası: Yeşil Kimya

Biliyoruz ki üretim süreçlerinin birçoğu kimyasal reaksiyonlar ve işlemler içerir, buradan da çıkaracağımız gibi kimya endüstrisi olmadan hayatımızı nasıl sürdüreceğimizi hayal etmek oldukça zordur. Ancak maalesef bu kimyasal süreçlerde elde ettiğimiz ürün miktarı, ortaya çıkan atık ve tehlikeli maddelerden -çoğu zaman- daha azdır. İşte yaklaşık 25 sene önce ortaya çıkan yeşil kimya ile bu sorunları ortadan kaldırabiliriz.

Peki nasıl? Cevap çok basit. Doğadan ilham alarak.

Yeşil Kimya Uygulamaları

En büyük kimya fabrikası aslında doğadır. Doğa içerisindeki reaksiyonları mutlak bir hassasiyetle sürdürülebilir şekilde gerçekleştirir. Doğal kimyasal süreçler, çevre dostu, daha güvenli ve sürdürülebilir sentetik yollar tasarlama ve uygulama konusunda bizler için en iyi ilham kaynağıdır (Sharma vd., 2020. A glimpse into green chemistry practices in the pharmaceutical industry.).

Bu ilhamla beraber ilk aşamada neredeyse tüm kimyasal reaksiyonlarda kullanılan ve atık oluşumunu artıran, çözücülere bakalım.

Yeşil Çözücüler

Kimyasal işlemlerde kimyasalları ve malzemeleri hazırlamak için çok miktarda toksik, yanıcı ve uçucu organik çözücüler kullanılır. Her yıl yaklaşık 20 milyon ton organik çözücü atmosfere salınmakta, bu da çözücü atığı ve çevre kirliliğine yol açmaktadır. Su, süper kritik akışkanlar, iyonik sıvılar, toksik olmayan sıvı polimerler ve bunların çeşitli kombinasyonları gibi daha yeşil çözücülerin kimyasal işlemlerde kullanımı, akademi ve endüstride araştırmaların ana odak noktası haline gelmiştir.

Yeşil bir çözücü, düşük toksisite, bulunabilirlik ve geri dönüşüm kolaylığı ve yüksek proses verimliliği gibi bazı temel gereksinimleri karşılamalıdır. Bir işlemin etkinliğinin genellikle kullanılan çözücülerin özelliklerine büyük ölçüde bağlı olduğu bilinmektedir. Özel özellikleri ve işlevleri nedeniyle yeşil çözücüler, kimyasal süreçleri optimize etmek, çözücü kullanımını ve işleme adımlarını azaltmak ve sürdürülebilirlik gereksinimlerini karşılayan yeni yollar ve teknolojiler geliştirmek için kullanılabilir (Song vd., 2014. Green chemistry: a tool for the sustainable development of the chemical industry.).

Ayrıca yeşil çözücülerin ürün ayırma, izolasyon ve üretim sonrası işlemlerde geleneksel çözücülerden daha iyi olduğu kanıtlanmıştır. Diklorometan, aseton ve etil asetat gibi çözücülerin, metil (2,2 dimetil-1,3-dioksolan-4-il) metil karbonat, metil tetrahidrofuran (2-MeTHF) ve y-valerolakton (GVL) gibi biyokütle türevli çözücüler ile değiştirilebilir olduğu bulunmuştur.

yeşil kimya uygulama

Örneğin 2-MeTHF’nin, benzoil klorür ve fenilboronik asidin paladyum katalizli, Suzuki-Miyaura eşleşmesinde, düşük paladyum yüklemesine, daha iyi verime ve mükemmel ürün saflığına yol açan üstün bir çözücü olduğu rapor edilmiştir. Bunun yanında GVL, iyodoarenlerin akrilik esterlerle paladyum katalizli, Heck-Mizoroki eşleşmelerinde asetonitril, dimetilformamid (DMF) ve N,N-dimetilasetamid (DMA) gibi toksik aprotik çözücülerin yerine kullanılmıştır.

Bu uygulamalar sadece araştırma gruplarınca değil büyük şirketler tarafından da yapılmaya başlanmıştır. Örneğin, Pfizer, sildenafil sitrat (viagra) üretimi için yeniden tasarlanmış bir sentetik yol yayınlamış ve bu geliştirilmiş yöntemi kullanarak, çözücülerin ve tehlikeli reaktiflerin kullanımı önemli ölçüde azaltılmıştır (Şekil 1.)

yeşil kimya uygulamaları

Şekil 1. Sildenafil sitrat için geleneksel ve yeni geliştirilmiş yol (Sharma vd., 2020. A glimpse into green chemistry practices in the pharmaceutical industry)

Yeşil Kataliz

Kataliz kimya endüstrisinde kilit bir rol oynar çünkü çoğu kimyasal proses reaksiyonları hızlandırmak, seçiciliği artırmak ve enerji gereksinimlerini azaltmak için katalizörlere ihtiyaç duyar. Mevcut katalizörler genellikle pahalı, toksik, zararlı veya asil metallere dayanır. Yeşil katalizörler, yüksek aktivite, seçicilik ve kararlılık, ayırma ve yeniden kullanım kolaylığı gibi bazı ortak özelliklere sahip olmalıdır; bol metaller, organik bileşikler ve enzimler gibi çevreye zarar vermeyen ve yaygın olarak bulunan ham maddelere dayanmalıdırlar.

Yeni sentetik yolların ve kimyasal süreçlerin keşfi ve geliştirilmesi, katalizdeki ilerlemeye büyük ölçüde bağlıdır. Çevre koruma ve ekonomik faydalar gibi ikili hedeflere ulaşmak için yeşil katalizörlerin ve katalitik sistemlerin tasarımı ve kullanımı önemli bir görevdir ve kimya endüstrisinin sürdürülebilirliği için esastır (Song vd., 2014. Green chemistry: a tool for the sustainable development of the chemical industry.).

Katalizör sorununu çözmek içinse biyokataliz (enzimatik kataliz) kullanılması özellikle son yıllarda popülerlik kazanmış ve bu konuda birçok çalışma yapılmıştır. Bu teknolojinin temel özellikleri arasında yeşil reaksiyon ortamı olarak suyun kullanılması, daha iyi seçicilik ve eser metallerle ürün kontaminasyonu olmaması yer alır.

Örneğin GlaxoSmithKline (GSK) şirketi, indazol türevlerinin amid eşleşmesini bildirmiştir. Bu dönüşüm geleneksel olarak ester hidrolizini, ardından asit aktivasyonunu ve aminin nükleofilik saldırısını içerir. Ancak alternatif bir yaklaşım olarak, GSK’daki araştırmacılar, değerli bir API ara ürününe erişmek adına aminin ester ile doğrudan bağlanması için enzim lipaz TL’yi kullanarak istedikleri ürüne erişmeyi başarmışlardır (Şekil 2).

enzim katalizli amidasyon

Şekil 2. Enzim katalizli amidasyon (Sharma vd., 2020. A glimpse into green chemistry practices in the pharmaceutical industry.)

Yeşil ve Yenilenebilir Hammadde

Şu anda, enerji arzımız ve organik kimyasalların ve malzemelerin üretimine yönelik hammaddeler, esas olarak yenilenebilir olmayan ve azalmakta olan fosil kaynaklara dayanmaktadır.

Biyokütle ve CO2 gibi yenilenebilir karbon kaynaklarının kimya ve enerji endüstrilerinde kullanımı son derece önemlidir ve farklı yollar ve süreçler geliştirilmiştir. Ancak biyokütle ve CO2‘nin yakıtlara ve kimyasallara dönüştürülmesinde termodinamik, kinetik ve teknik zorluklarla karşı karşıya kalınmıştır. Mevcut rotaların çoğu teknik olarak uygulanabilir, ancak ekonomik olarak engelleyicidir ve şu anda kaynakların yalnızca çok küçük oranları kullanılmaktadır.

Biyokütle ve CO2‘yi enerjik ve ekonomik olarak uygulanabilir endüstriyel süreçler yoluyla faydalı kimyasallara ve sıvı yakıtlara dönüştürmek için verimli yöntemlerin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır, ancak şu an zorludur.

Ayrıca oksijen, hidrojen peroksit ve güneş enerjisi gibi daha yeşil, daha ucuz, daha güvenli hammaddelerin ve sürdürülebilir enerji kaynaklarının kimyasal süreçlerde kullanılması üzerine de çalışmalar sürmektedir (Sharma vd., 2020. A glimpse into green chemistry practices in the pharmaceutical industry).

Son olarak;

Yeşil kimyaya geçişte özellikle mühendislik uygulamalarına ve mühendislere çok büyük işler düşmektedir. Mevcut birçok ilaç, ince kimyasallar, emtia kimyasalları ve polimerler zararlıdır. İnsan sağlığına ve çevreye zarar vermeyen ürünler, tehlikeli ürünlerin yerini alacak şekilde tasarlanmalı ve üretilmelidir.

Açıkça, sentetik yolların keşfi, sürdürülebilir ürünler ve çözücülerin tasarımı ve yeni katalizörlerin ve kimyasal süreçlerin araştırılması yakından ilişkilidir ve entegre edilmelidir. Ek olarak, ekonomik faydalar yeşil kimya ve teknolojinin gelişimi için temel itici güçtür (Sharma vd., 2020. A glimpse into green chemistry practices in the pharmaceutical industry).

Eğer gezegenimizi seviyorsak yeşile, doğaya yönelmeli ve bu alandaki çalışmalara olabildiğince katkı sağlamalıyız. Kim bilir dünyayı kurtaracak fikirler, belki şu an bu yazıyı okuyan kişilerin akıllarında yeşermeye başlamıştır bile.

Sevgiyle ve yeşille kalın.

Yazar Hakkında

Zeynep Aktaş

1998 doğumlu, bilimin dünyayı kurtaracağına inanan ve bilim insanı olmak için çalışan bir Kimya Mühendisi.

LinkedIn'de Ziyaret Et