Home‎ > ‎

เกร็ดความรู้


เคมีสีเขียว (Green Chemistry)

ตอนที่ 1: 12 หลักการของ “เคมีสีเขียว” (Twelve principles of Green Chemistry)

ดร. นพพร ทัศนา
ห้องปฏิบัติการเภสัชเคมี สถาบันวิจัยจุฬาภรณ์ (CRI)
และโครงการบัณฑิตศึกษาสาขาเคมีชีวภาพ สถาบันบัณฑิตศึกษาจุฬาภรณ์ (CGI)

          “เคมีสีเขียว” [1] ศาสตร์แขนงหนึ่งที่ยึดหลักปรัชญาในกระบวนการออกแบบและสังเคราะห์วัสดุหรือสารเคมี โดยการลด ละ หรือหลีกเลี่ยงการใช้ หรือสังเคราะห์สาร ที่ก่อให้เกิดอันตรายและเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นกระบวนการหรือขั้นตอนทางเคมี รวมถึง การวางแผนการปฏิบัติการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม จึงเป็นหัวใจและกลไกสำคัญของ “เคมีสีเขียว” ต่างจากเคมีสิ่งแวดล้อม (Environmental Chemistry) [2] ที่ศึกษาถึงสาเหตุ แหล่งที่มา ปฏิกิริยาและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทั้งทาง อากาศ ดิน และ น้ำ รวมถึงผลกระทบต่อกิจกรรมในการดำรงชีวิตของหมู่มวลมนุษย์ อันเนื่องจากกระบวนการสังเคราะห์สารหรือใช้สารเคมีในลักษณะต่างๆ

          “เคมีสีเขียว” จะมองไปที่รากเหง้าอันเป็นบ่อเกิดและจุดเริ่มต้นของปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น ถ้ามีการสังเคราะห์หรือผลิตสารเคมีตัวหนึ่งขึ้นมา โดยมีการใช้สารตั้งต้นหรือสารที่ใช้ในปฏิกิริยาตลอดจนกระทั่งตัวทำละลายที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม การหาสารอื่นที่ไม่เป็นอันตรายทดแทนหรือการเปลี่ยนกระบวนการตลอดจนเลือกตัวทำละลายที่ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะจะเป็นสิ่งที่ “เคมีสีเขียว” คำนึงถึงและเลือกใช้เป็นแนวทางทดแทนกระบวนการเดิมที่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

          “เคมีสีเขียว” สามารถสอดแทรกอยู่ได้ในเคมีพื้นฐานแขนงต่างๆไม่ว่าจะเป็น อินทรีย์เคมี (organic chemistry) อนินทรีย์เคมี (inorganic chemistry) ชีวเคมี (biochemistry) เคมีชีวภาพ (chemical biology) เคมีวิเคราะห์ (analytical chemistry) หรือแม้แต่ ฟิสิกคัลเคมี (physical chemistry) ตลอดจนมีการประยุกต์ใช้ในภาคอุตสาหกรรมที่มีการใช้กระบวนการทางเคมีในแขนงต่างๆ เช่น ปิโตรเคมี โพลิเมอร์ นาโนเทคโนโลยี เป็นต้น ทั้งนี้ด้วยวัตถุประสงค์อันเป็นจุดมุ่งหมายเดียวกัน คือการทำให้เกิดมลภาวะน้อยที่สุด แต่เพิ่มประสิทธิผลและศักยภาพของกระบวนการผลิตและสังเคราะห์ ตลอดจนการนำไปใช้ประโยชน์

          Paul Anastas และ John C. Warner [3] ได้คิดหลักการ การพัฒนา “ เคมีสีเขียว ” ไว้ 12 ข้อ ดังนี้

  1. ป้องกันการเกิดของเสีย (Prevent waste) โดยการออกแบบกระบวนการการสังเคราะห์ที่ไม่ก่อให้เกิดของเสียเพื่อจะได้ไม่ต้องมีการกำจัดในภายหลัง
  2. ออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นพิษ (Design safer chemicals and products) เพื่อให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด โดยไม่มีพิษหรือมีน้อยที่สุด
  3. ออกแบบกระบวนการสังเคราะห์ที่ไม่เป็นอันตราย (Design less hazardous chemical syntheses) โดยการใช้ หรือ สังเคราะห์สารที่เป็นพิษน้อยหรือไม่เป็นพิษต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม
  4. การใช้สารหรือวัตถุดิบที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ (Use renewable feedstock) ซึ่งรวมถึงการใช้วัสดุเหลือใช้หรือทิ้งแล้วจากกระบวนการอื่นๆ
  5. การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (Utilize catalysts) ที่มีประสิทธิภาพ โดยหลีกเลี่ยงการใช้สารทำปฏิกิริยาในปริมาณมาก ปฏิกิริยาที่มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจะทำให้เกิดของเสียในปริมาณที่น้อยและสามารถใช้ซ้ำได้หลายครั้งในปฏิกิริยาแบบเดียวกัน ในขณะที่ปฏิกิริยาแบบที่มีการใช้สารในปริมาณเท่ากับหรือมากกว่า ปริมาณหน่วยสัมพันธ์ (stoichiometric equivalent) ของสารตั้งต้น จะทำให้เกิดของเสียในปริมาณที่มากและใช้ได้เพียงครั้งเดียว
  6. หลีกเลี่ยงการทำอนุพันธ์ที่ไม่จำเป็น (Avoid chemical derivatives) เช่น การใส่หมู่ป้องกัน (protecting groups) ที่ต้องมีการเอาออกในภายหลังทั้งนี้ ขั้นตอนการใส่หมู่ป้องกันและการเอาออก อาจจะเป็นการสร้างของเสียขึ้นมาได้
  7. ทำปฏิกิริยาที่ให้มูลค่าทางเศรษฐศาสตร์สูงสุด (Maximize atom economy) [4] โดยการออกแบบกระบวนการที่ให้ผลิตผล อันเกิดจากการรวมตัวของมวลสารตั้งต้นสูงสุด และมีการสูญเสียมวลสารที่ใช้น้อยที่สุด
  8. ใช้ตัวทำละลายและกระบวนการที่ปลอดภัย (Use safer solvents and reaction conditions) ตัวทำละลายที่ปลอดภัย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ได้แก่ น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์เหลว (supercritical CO2) และ ตัวทำละลายมีประจุ (ionic liquids) ในขณะที่ตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนมากไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การหลีกเลี่ยงใช้สภาวะที่รุนแรง เป็นพิษ มีกรดหรือด่างรุนแรง ถือเป็นอีกหนึ่งปัจจัยควรหลีกเลี่ยงในการทำ “เคมีสีเขียว”
  9. เพิ่มประสิทธิภาพของการใช้พลังงาน (Increase energy efficiency) เช่นการทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิปกติ แต่ภายใต้สภาวะความดันสูง จะช่วยทำให้ปฏิกิริยามีประสิทธิภาพมากขึ้น
  10. การออกแบบให้ผลิตภัณฑ์ที่ใช้แล้วย่อยสลายได้ (Design chemicals and products to degrade after use) ภายหลังการใช้งานผลิตภัณฑ์ หรือสารที่ได้จากกิจกรรมนั้นๆ จะต้องมีการสลายตัวในรูปที่ไม่เป็นอันตรายหรือสะสมในสิ่งแวดล้อม
  11. มีกระบวนการวิเคราะห์แบบทันทีเพื่อป้องกันการเกิดมลภาวะ (Analyze in real time to prevent pollution) ของผลข้างเคียงจากปฏิกิริยา โดยการตรวจสอบและควบคุมตั้งแต่ขั้นตอนการผลิตจนเสร็จสิ้นเพื่อลดหรือกำจัดการเกิดผลข้างเคียง
  12. ลดอัตราการเกิดอุบัติเหตุ (Minimize the potential for accidents) โดยการออกแบบและควบคุมปฏิกิริยาไม่ว่าอยู่ในสภาวะของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส เพื่อป้องกันมิให้เกิดการระเบิด ลุกติดไฟหรือถูกปลดปล่อยเข้าสู่ธรรมชาติ

          โดยสรุปหลักการทั้งหมดสามารถมองเป็นภาพกว้างๆ ครอบคลุมหัวใจหลักของ “ เคมีสีเขียว ” ได้ดังนี้

  1. การออกแบบกระบวนการสังเคราะห์ให้ได้ผลิตผลมากที่สุด
  2. การเลือกใช้กระบวนการที่ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
  3. การออกแบบและเลือกใช้กระบวนการที่ใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
  4. สิ่งที่ดีที่สุดของการจัดการของเสียคือการไม่สร้างของเสีย

 

รายการอ้างอิง

  1. Williams, Ian. Environmental Chemistry, A Modular Approach . Wiley. 2001 ISBN 0-471-48942-5
  2. Chao-Jun Li and Barry M. Trost. Green Chemistry for Chemical Synthesis. PNAS 2008 105 (36): 13197-13202.


Posted on Jul. 10, 2009
 

Comments