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la Chimica Verde: principi e criteri etici (nonché economici) applicati alla produzione industriale

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chimica verde - green chemistry

Non è una branca della chimica, non è una specializzazione e neppure una disciplina di settore. La Chimica Verde (in inglese Green Chemistry) è un approccio etico fatto di criteri, di priorità e di obiettivi, quindi a suo modo una filosofia, che attinge dalla conoscenza scientifica della chimica per guidare le applicazioni di questa disciplina, ad iniziare da quelle industriali, verso modalità sostenibili dal punto di vista ambientale ed economico. Non è una branca della chimica, quindi, proprio perché è trasversale e pervasiva di tutti gli altri settori di questa stessa disciplina, da molti dai quali essa attinge conoscenze di base e teoriche, restituendo a beneficio di molti altri nuovi criteri e modalità operative.

Niente a che veder quindi con la chimica dell’ambiente, che invece è sì una disciplina specifica essenzialmente di tipo descrittivo all’interno della scienza chimica, occupandosi dello studio dei fenomeni chimici e biochimici che accadono nell’ambiente naturale, senza per altro fornire un giudizio etico sulle situazioni descritte (la più “naturale” delle molecole ed il più pernicioso degli inquinanti xenobiotici possono infatti rivestire per il chimico ambientale lo stesso grado di “interesse scientifico”), né fornendo indicazioni d’indirizzo politico per far sì che i soggetti gravanti sull’ecosistema modifichino in qualche misura il loro impatto.

Le implicazioni relative alla perturbazione degli equilibrii ecologici non si possono certamente definire specifiche, tanto meno insite nella chimica stessa, senza scendere ad esaminare di cosa stiamo di caso in caso parlando, ovvero a quali sostanze e a quali processi ci stiamo interessando nello specifico.

Tuttavia la produzione su larga scala di singole specie chimiche, di “famiglie” di composti o la realizzazione in un gran numero di stabilimenti sparsi sulla superficie del pianeta di reazioni della stessa natura porta con sé la problematica della polarizzazione della richiesta di alcune risorse (nel caso specifico taluni reagenti, solventi e catalizzatori) e la generazione di alcuni sottoprodotti che, per quanto implicitamente poco pericolosi per la salute dell’uomo e per l’ambiente in genere, possono diventare problematici in virtù della scala di produzione. stabilimento industriale chimico Da questo punto di vista, una certa responsabilità “implicita” della chimica non deriva solo dall’eventuale pericolosità intrinseca di alcune sostanze (utilizzate o generate), ma dalle logiche stesse dei processi di trasformazione condotti su larga scala. Beninteso che in questo contesto la parola “responsabilità” non ha il valore di condanna, bensì richiama l’attenzione sulla necessità di una doverosa assunzione di consapevolezza da parte non soltanto dei soggetti istituzionali, ma anche ed in modo specifico da parte di quelli industriali e dei singoli designer di processo.

Se le ragioni etiche non dovessero bastare, infatti, subentrano presto ed inevitabilmente motivazioni sicuramente meno prosaiche e più veniali: alcuni processi industriali di tipo chimico sono affossati non solo dalla ridotta resa del processo (con inadeguata conversione da materie prime a prodotti), ma anche e soprattutto dall’incidenza del costo di smaltimento dei sottoprodotti (dalle emissioni gassose ai reflui liquidi e fangosi, fino alle ceneri di un eventuale impianto di termovalorizzazione o gassificazione) per cui la green chemistry diventa a tutti gli effetti un criterio di ottimizzazione dal quale non soltanto i chimici industriali ma anche gli ingegneri chimici non possono prescindere nella loro attività professionale di definizione ed ottimizzazione dei processi di trasformazione chimica.

Un rischio nel quale si può incorrere, specie quando una disciplina, una specializzazione o, come in questo caso, un punto di vista è giovane, è che “di fatto” essa fatichi a trovare, almeno nell’immaginario di chi tenta di avvicinarsi ad essa, un solido impianto, non voglio dire teorico, ma almeno fatto di principi fondanti, di concetti e di evidenze.

Il rischio altrimenti è quello di confondere la green chemistry con una collezione di esempi e di applicazioni che, per quanto direttamente o indirettamente ispirati ad essa, di fatto “non la costituiscono”, se non presi nel loro insieme più ampio. E’ un po’ cosa è capitato fino alla metà del XIX secolo alla chimica organica, e prima ancora (in epoca alchemica) alla chimica inorganica: fino al momento della sistematizzazione della conoscenza acquisita in forma di vera e propria disciplina, questi settori scientifici erano poco più della giustapposizione di metodi di preparazione e descrizione di proprietà delle varie sostanze chimiche conosciute.

Tornando al nostro caso, oltre a non agire in favore della dignità e della crescita della chimica verde, il modo fin troppo puntuale, “caso per caso” nel quale essa è spesso trattata, talvolta anche in sede ufficiale, potrebbe rischiare col tempo di disperdere o in qualche modo di snaturare lo spirito che ha giustamente animato questa filosofia etica applicata alla chimica.

logo EPA - agenzia per la protezione ambientale USAA questo proposito viene in aiuto l’autorevole tentativo da parte di John C. Warner e di Paul Anastas, quest’ultimo in seguito operativo presso la United States Environmental Protection Agency (l’agenzia USA per la protezione ambientale), di sistematizzare l’etica della green chemistry, secondo 4 grandi ideee fondanti. Proverò a farne una libera traduzione ed “interpretazione” dall’originale inglese, inserendo qua e là qualche commento personale dove lo dovessi ritenere necessario ai fini di una migliore trasmissione dei concetti:

1)   Messa a punto di processi che massimizzino la quantità di materia prima che entra a far parte del prodotto (quindi sprecare meno materie prime e generare al tempo stesso meno sottoprodotti da smaltire; ancora meglio se si riesce ad impiegare materie prime poco trasformate, ovvero più grezze, come ad esempio nell’utilizzo del legno nelle strutture edili e negli in oggetti domestici);

2)   Impiego di sostanze chimiche (inclusi i solventi) sicure e “benigne” per l’ambiente (o per lo meno ridurre l’impiego di quelle sostanze che possono considerarsi giù implicitamente rischiose, anche senza prevederne un impiego su larga scala);

3)   Messa a punto di processi efficienti dal punto di vista energetico (un po’ come i motori delle automobili di ultima generazione, che fanno più chilometri con lo stesso litri di benzina);

4)   La miglior forma di gestione dei reflui è quella in primo luogo di non produrli (può apparire un’utopia, ma in alcuni casi è un obiettivo perseguibile.
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Sviscerando meglio questi 4 concetti fondanti, gli stessi Autori hanno definito una lista di 12 principi “concreti”, in buona parte criteri di azione, di orientamento e di priorità che, nel loro insieme, costituiscono l’ossatura della green chemistry (sempre secondo la mia libera traduzione e commento)

1)   La miglior forma di gestione dei reflui è quella in primo luogo di non produrli;

2)   I metodi di sintesi dovrebbero essere progettati per massimizzare l’incorporazione di tutti i materiali utilizzati nel processo nel prodotto finale;

3)   Qualora sia possibile, le metodologie di sintesi dovrebbero essere progettate in funzione dell’utilizzo e della generazione di sostanze che abbiano poca o nessuna tossicità per la salute umana e l’ambiente;

4)   I prodotti chimici dovrebbero essere progettati per preservare l’efficacia della loro funzione, riducendo nel contempo la loro tossicità;

5)   L’uso di sostanze ausiliarie (es. solventi, agenti di separazione, ecc) deve essere reso non necessario ove possibile, ed innocuo quando esse si rendono necessarie;

6)   Il fabbisogno energetico di un processo deve essere studiato in funzione del suo impatto ambientale ed economico e dev’essere minimizzato. I metodi di sintesi dovrebbero essere condotti a temperatura e pressione ambientali;

7)   Le materie prime impiegate dovrebbe essere privilegiate, almeno dove la cose risulti sia tecnicamente ed economicamente praticabile;

8 )   L’impiego dei reagenti derivatizzanti (molto utilizzati nella sintesi organica, come ad es. gruppi bloccanti, di protezione/de protezione, modificatori temporanei) dovrebbe essere evitata quando possibile;

9)   Privilegiare, dove possibile, i reagenti con azione catalitica piuttosto che quelli richiesti in quantità stechiometrica (dosaggi sicuramente maggiori e “a perdere”);

10)   I prodotti chimici devono essere progettati e “disegnati” per degradarsi in prodotti innocui al termine dello svolgimento della funzione per la quale sono utilizzati, e non persistere nell’ambiente nella forma originaria (o trasformandosi in altri prodotti pericolosi);

11)   Dovranno essere sviluppate metodiche di analisi che consentano il monitoraggio in tempo reale dei processi, con la possibilità del controllo degli stessi “prima” che eventuali sostanze pericolose si siano formate (in pratica una valutazione previsionale sulla base dell’insorgere di condizioni favorevoli alla loro formazione), con correzione in feed-back delle condizioni operative del processo medesimo;

12)   Le sostanze utilizzate nei processi chimici (nonché lo stato e le condizioni d’impiego) devono essere scelte minimizzando il potenziale rischio di incidenti chimici, inclusi rilasci, esplosioni e fuoco.

spazioNon può passare inosservato l’utilizzo ricorsivo, tanto nell’originale inglese quanto nella mia “libera traduzione ed adattamento” dei espressioni come “qualora possibile”, “dovrebbero”, “il più possibile”, “qualora la cosa risulti tecnicamente praticabile”, ecc. A mio avviso è già da queste piccoli accorgimenti che su può notare come questi principi non sono stati pensati, se mai a qualcuno potesse venire un dubbio in proposito, da fanatici integralisti dell’ecologismo senza se e senza ma, coloro per intenderci che auspicherebbero il ritorno alla natura ed allo stile di vita della civilità pre-industriale, dove la speranza di vita per banali malattie era una frazione di quella attuale ed erano pochissimi a poter godere di una vita agiata ed appagante tanto dal punto di vista edonistico che culturale.

Al contrario, questi principi sono stati scritti da chimici, ben consapevoli del ruolo assolutamente irrinunciabile della chimica nella nostra civiltà, non soltanto in quanto disciplina scientifica ma anche in funzione delle sue innumerevoli applicazioni su larga scala, dalle produzioni industriali di oggetti di uso quotidiano al campo delle analisi chimiche, dall’impiego in agricoltura a quello finalizzato a prevenire e curare le malattie… ma consci al tempo stesso delle responsabilità che le applicazioni avventate, superficiali o scorrette di questa disciplina possono

vetrerie per chimicaQuando una nuova molecola è sintetizzata per la prima volta, spesso è già stata un’impresa ottenerla, spesso con procedimento elaborati e costosissimi che possono avere un senso solo ai fini della ricerca. Nessuno, credo, che sia lanciato per la prima volta nella sintesi di una molecola del tutto nuova avrà cercato di realizzarla da subito su larga scala: avrà prima tentato con pochi grammi, magari anche meno, e solo se la sostanza prodotta manifestava caratteristiche e proprietà interessanti dal punto di vista applicativo avrà poi pensato di produrla su larga scala.

Ecco: è a questo punto che la chimica verde può giocare un ruolo determinante. In linea di principio anche prima, è vero, anche sulla scala “micro” del laboratorio che fa si occupa di sintesi chimica a scopo ricerca o di quello che mette a punto ed applica le metodiche di analisi, magari quelle meno routinarie proprio per indagare la natura e le caratteristiche di questi nuovi materiali sintetizzati. Ad essere concreti, anche per non andare a cercare la pagliuzza in un settore (quello della ricerca e dell’analisi) mentre in altri vi sono dei tronchi di sequoia, è proprio quando i chimici, ma soprattutto i chimici industriali e insieme a loro gli ingegneri chimici (che, per inciso, chimici non sono) si riuniscono “idealmente” intorno ad un tavolo per discutere quale sia il processo industriale più idoneo per ottenere su larga scala la sostanza precedentemente scoperta, studiata e testata in un contesto di ricerca… è proprio questo il momento giusto nel quale la chimica verde dovrebbe emergere nelle competenze, nelle conoscenze e nell’etica di tutti i soggetti coinvolti nel progetto.

azione di protesta popolare contro la realizzazione di un inceneritore di rifiutiAnche perché se l’etica non dovesse bastare, subentrano presto i fattori economici a far sentire il loro effetto: dal maggior costo delle materie prime e dell’energia che si portano dietro i processi di trasformazione più “spreconi”, ai costi di smaltimento dei rifiuti, ai costi in termini di sanzioni per l’eventuale inquinamento arrecato all’ambiente (secondo l’attuale principio normativo del “chi inquina paga”). Fino ad un ultimo fattore, che seppur trascurato per decenni per la sua mancanza di consequenzialità immediata, viene ora a costituire una delle pregiudiziali più forti all’insediamento di nuovi impianti e stabilimenti chimici, almeno nel nostro Paese: quello dell’opinione pubblica, che ormai ha imparato ad associare la chimica, almeno nelle sue applicazioni produttive su larga scala, al “male” quasi per antonomasia per la salute dell’uomo e degli equilibrii ambientali. E per quanto la casalinga di Voghera non muova le leve della grande economia, non si incateni ai cancelli degli stabilimenti e non firmi essa stessa le leggi che potrebbero un domani invischiare il nostro settore chimico nazionale in una pantano inestricabile, per lo meno è perfettamente in grado e spesso oltremodo intenzionata a votare chi invece penserà a farlo per lei.
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LA GREEN CHEMISTRY IN ITALIA ED IN EUROPA

Anche nell’ambito italiano non mancano associazioni, società specializzate ed occasioni ufficiali  d’incontro fra chi, seppur a vario titolo, si occupa professionalmente di chimica verde oppure intende investire su questo settore nell’ambito della cosiddetta Green Economy.
Andando un po’ a ritroso negli ultimi anni, ricordo brevemente:

Green Chemistry per la Green Economy in Emilia Romagna: workshop dal titolo: “Chimica verde: dalla biotecnologia nuove risorse per l’industria” –  23 luglio 2010 – Bologna

1° Festival della Chimica Verde – Lecce dal 27 al 29 aprile 2009

Chimicaverde – una associazione costituita nel 2006 per la promozione di quelle colture agricole non destinate all’alimentazione ma oltre modo utili per poter ricavare da esse risorse rinnovabili da impiegare nell’ambito della produzione di beni e servizi.  Sono coperte numerose filiere fra le quali: biopolimeri, biocombustibili, biocarburanti, biolubrificanti, fitofarmaci, coloranti naturali, fibre vegetali, detergenti, cosmetici.

logo del premio europeo per la chimica sostenibile "European Sustainable Chemistry Award"In ambito europeo, spicca invece la piattaforma tecnologica per la chimica sostenibile, in sigla SusChem che, fra le numerose altre iniziative, sostiene l’EuChem (European Association for Chemical and Molecular Sciences) nell’organizzazione del premio internazionale “European Sustainable Chemistry Award”.

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TESTI SULL’ARGOMENTO

Lo scenario italiano risulta piuttosto sguarnito di testi al tempo stesso specifici sull’argomento ma dal punto di vista sufficientemente ampio e sistematico da non cadere nel caso fin tropo facile, già del resto descritto precedentemente, di limitarsi ad una collezione di esempi di applicazioni.

Un’eccezione è sicuramente rappresentata dal seguente testo:

Industria chimica e sviluppo sostenibile: La chimica verde – Pasquon Italo, Zanderighi Luciano – Hoepli – 1987- 508 pagine – ISBN 882031567X

(recensione al libro, come contributo esterno) –  “La possibilità per l’industria chimica europea ed italiana di reggere la concorrenza dei nuovi paesi emergenti richiede sempre di più un orientamento a potenziare la ricerca e l’innovazione. A ciò si aggiunge l’esigenza di adottare stili di produzione più compatibili con l’ambiente all’interno di un comparto fortemente inquinante. Elemento chiave in tale contesto risulta la “chimica verde” in grado di adottare processi e materie prime a ridotto impatto ambientale e capace di garantire una nuova spinta di crescita all’industria chimica. Giuliana Vinci è docente di Discipline Merceologiche nella Facoltà di Economia dell’Università La Sapienza di Roma. Autrice di numerose pubblicazioni, edite su riviste nazionali ed internazionali, riguardanti problematiche di carattere analitico ed applicativo soprattutto in riferimento all’ambiente e alla sicurezza e qualità degli alimenti.”

green chemistry journalFra le riviste internazionali più autorevoli sull’argomento, ovviamente tutte in lingua inglese, si ricordano:

  • Green Chemistry Journal
  • Green Chemistry Letters and Reviews

Fra i testi di riferimento (libri) in lingua inglese ho selezionato i seguenti:

  • Handbook of Green Chemistry (12 Volume Set) – by Paul T. Anastas (Series Editor) – December 2012
  • Green Chemistry and Engineering: A Practical Design Approach – by Concepción Jiménez-González, David J.C. Constable – November 2010
  • Green Polymerization Methods: Renewable Starting Materials, Catalysis and Waste Reduction – by Robert T. Mathers (Editor), Michael A. R. Meier (Editor) – February 2011
  • Handbook of Green Chemistry – Green Solvents – by Paul T. Anastas (Series Editor), Walter Leitner (Editor), Philip G. Jessop (Editor), Chao-Jun Li (Editor), Peter Wasserscheid (Editor), Annegret Stark (Editor) – April 2010
  • Green Chemistry in the Pharmaceutical Industry – by Peter Dunn (Editor), Andrew Wells (Editor), Michael T. Williams (Editor) March 2010
  • Handbook of Green Chemistry – Green Catalysis – by Paul T. Anastas (Series Editor), Robert H. Crabtree (Editor) – January 2009
  • Methods and Reagents for Green Chemistry: An Introduction – by Pietro Tundo (Editor), Alvise Perosa, Fulvio Zecchini – July 2007
  • Green Chemistry and Catalysis – by Roger Arthur Sheldon, Isabel Arends, Ulf Hanefeld – February 2007
  • Green Separation Processes: Fundamentals and Applications – by Carlos A. M. Afonso (Editor), João Pedro G. Crespo (Editor), Paul T. Anastas (Foreword by) – June 2005

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Una risposta a la Chimica Verde: principi e criteri etici (nonché economici) applicati alla produzione industriale

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