Bài 2: Hóa học Xanh từ nghiên cứu đến thực tiễn

Hóa học Xanh cũng có thể được coi là hóa học bền vững

Hóa học xanh là thiết kế các sản phẩm và quy trình hóa học nhằm giảm thiểu hoặc loại bỏ việc sử dụng hoặc phát sinh các chất độc hại. Hóa học xanh áp dụng cho suốt vòng đời của một sản phẩm hóa học; sử dụng nhiều hơn các nguyên liệu tái tạo và bền vững, sử dụng và xử lý sản phẩm thải bỏ sau sử dụng. Do vậy, hóa học xanh cũng có thể được coi là hóa học bền vững.

Năm 2005, giải thưởng Nobel về hóa học đã được trao cho phát minh ra quá trình hóa học xúc tác metathesis (chuyển vị) có khả năng ứng dụng rộng rãi trong ngành hóa chất, sử dụng ít hơn năng lượng hơn và có khả năng giảm phát thải khí nhà kính đối với nhiều quá trình then chốt. Quá trình này được thực hiện ổn định ở nhiệt độ và áp suất bình thường, có thể được sử dụng kết hợp với dung môi xanh hơn và tạo ra chất thải ít nguy hại hơn.

Năm 2012, Công ty Elevance Renewable Sciences đã được giải thưởng Thử thách Hóa học Xanh của Tổng thống (Hoa kỳ) về sử dụng xúc tác chuyển vị để phá vỡ dầu tự nhiên và kết hợp các mảnh lại thành hóa chất hiệu suất cao. Công ty này đã sản xuất các hóa chất đặc biệt sử dụng cho nhiều mục đích, thí dụ như chất tẩy rửa nước lạnh đậm đặc làm sạch tốt hơn với chi phí năng lượng giảm.

2.1 Nghiên cứu ứng dụng hóa học xanh

2.1.1 Nghiên cứu sản xuất chip máy tính

Trong quá trình sản xuất chip máy tính, cần nhiều hóa chất, nước và năng lượng. Trong một nghiên cứu được thực hiện vào năm 2003, ước tính trong công nghiệp sản xuất chip máy tính thì khối lượng hóa chất và nhiên liệu hóa thạch cần thiết để chế tạo chip máy tính là tỷ lệ 630: 1, có nghĩa là phải sử dụng nguyên liệu nguồn gấp 630 lần trọng lượng của 1 con chip. Trong khi đó trong ngành chế tạo ô tô, tỷ lệ này chỉ là 2:1.

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos đã phát triển một quy trình sử dụng carbon dioxide siêu tới hạn tại một trong các bước chuẩn bị chip, và nó làm giảm đáng kể lượng hóa chất, năng lượng và nước cần thiết để sản xuất chip.

Richard Wool, cựu giám đốc của chương trình Composites giá rẻ từ nguồn nguyên liệu tái tạo (ACRES) tại Đại học Delwar, đã tìm ra cách sử dụng lông gà để chế tạo chip máy tính: Protein, keratin có trong lông vũ được sử dụng để tạo ra một dạng sợi vừa nhẹ vừa đủ bền để chịu được các áp lực cơ học và nhiệt. Kết quả đã tạo ra là bảng mạch in bằng lông vũ hoạt động với tốc độ gấp đôi tốc độ của bảng mạch truyền thống. Mặc dù công nghệ này vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu để sử dụng cho mục đích thương mại, nhưng kết quả nghiên cứu này đã hướng đến mục đích sử dụng khác của lông vũ làm nguồn nguyên liệu, bao gồm cả nhiên liệu sinh học.

2.1.2 Ngành công nghiệp dược phẩm

Ngành công nghiệp dược phẩm đang tiếp tục tìm cách phát triển các loại thuốc có tác dụng phụ ít gây hại hơn và sử dụng các quy trình sản xuất phát sinh ra chất thải ít độc hại hơn.

Merck và Codexis đã phát triển một tổng hợp xanh thế hệ thứ hai của sitagliptin một thành phần hoạt chất trong JanuviaTM, một phương pháp điều trị cho bệnh tiểu đường type 2. Sự hợp tác này đã tạo ra một quá trình enzyme làm giảm chất thải, cải thiện năng suất, an toàn và loại bỏ sự cần thiết phải sử dụng chất xúc tác kim loại. Nghiên cứu ban đầu cho thấy rằng các chất xúc tác sinh học mới cũng sẽ hữu ích trong việc sản xuất các loại dược phẩm khác.

Ban đầu được lưu hành dưới tên thương phẩm là Zocor®, thuốc Simvastatin là một đơn thuốc hàng đầu dùng trong điều trị cholesterol cao. Phương pháp đa pha truyền thống chế tạo loại thuốc này đã phải dùng một lượng lớn chất phản ứng nguy hại và phát sinh ra một lượng lớn chất thải độc hại trong quy trình. Giáo sư Yi Tang, thuộc Đại học California, đã đưa ra một qui trình tổng hợp sử dụng enzyme kỹ thuật với chi phí nguyên liệu thấp. Codexis, một công ty xúc tác sinh học, đã tối ưu hóa cả enzyme và qui trình hóa học. Kết quả giảm đáng kể rủi ro và chất thải, hiệu quả cao và đáp ứng nhu cầu của khách hàng.

2.1.3 Chế tạo nhựa có khả năng phân hủy sinh học

Một số công ty đang nghiên cứu phát triển nhựa được làm từ các nguồn nguyên liệu tái tạo, có khả năng phân hủy sinh học.

NatureWorks of Minnetonka, Minnesota, chế tạo các hộp đựng thực phẩm từ một loại polymer có tên là axit polylactic mang nhãn hiệu Ingeo. Các nhà khoa học tại NatureWorks đã phát minh ra một phương pháp trong đó các vi sinh vật chuyển đổi bột ngô thành một loại nhựa bền tương đương với nhựa dựa trên dầu mỏ hiện đang được sử dụng cho các bình chứa như chai đựng nước và hộp đựng sữa chua. Công ty đang nghiên để tìm nguồn cung ứng nguyên liệu thô từ chất thải nông nghiệp.

BASF đã phát triển và tiếp thị màng phim polyester có thể phân hủy hoàn toàn được gọi là "Ecoflex®." Họ đang sản xuất và tiếp thị các loại túi phân hủy sinh học hoàn toàn, "Ecovio®", màng phim được chế tạo từ tinh bột sắn và canxi cacbonat. Được chứng nhận bởi Biodegradable Products Institute, các túi này phân rã hoàn toàn thành nước, CO2 và sinh khối trong các hệ thống ủ phân công nghiệp. Các túi này có khả năng chống rách, chống đâm thủng, không thấm nước, có thể in và đàn hồi. Sử dụng các túi này thay cho túi nhựa thông thường, chất thải nhà bếp và sân sẽ nhanh chóng phân hủy trong các hệ thống ủ phân đô thị.

2.1.4 Ngành sản xuất sơn

Sơn "alkyd" gốc dầu tạo ra một lượng lớn các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs). Các hợp chất dễ bay hơi này bay hơi từ sơn khi khô và lưu hóa và có chứa các chất có một hoặc nhiều tác động môi trường.

Procter & Gamble and Cook Composites and Polymers đã chế tạo ra hỗn hợp dầu đậu nành và đường thay thế cho nhựa và dung môi sơn có nguồn gốc từ hóa thạch, cắt giảm 50% chất bay hơi nguy hiểm. Các công thức sơn Chempol® MPS sử dụng các loại dầu Sefose® sinh học này để thay thế các dung môi gốc dầu mỏ và tạo ra loại sơn an toàn hơn khi sử dụng và tạo ra chất thải ít độc hại hơn.

Sherwin-Williams đã phát triển sơn acrylic alkyd gốc nước với VOC thấp có thể được làm từ nhựa chai soda tái chế (PET), acrylics và dầu đậu nành. Những loại sơn này kết hợp các lợi ích hiệu suất của alkyds và hàm lượng VOC thấp của acrylics. Trong năm 2010, Sherwin-Williams đã sản xuất đủ số lượng sơn mới này để loại bỏ hơn 800.000 pound, tương đương 362.874 kg VOC.

2.2 Về tình hình phát triển hóa học xanh của Việt Nam

2.2.1 Cơ sở pháp lý

Ngày 25 tháng 09 năm 2012 Thủ tướng Chính phủ đã ra Quyết định số 1393/QĐ-TTg Phê duyệt “Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh thời kỳ 2011- 2020 và tầm nhìn đến năm 2050” với quan điểm ‘Tăng trưởng xanh là một nội dung quan trọng của phát triển bền vững, đảm bảo phát triển kinh tế nhanh, hiệu quả, bền vững và góp phần quan trọng thực hiện Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu’… với Mục tiêu chung “Tăng trưởng xanh, tiến tới nền kinh tế các-bon thấp, làm giàu vốn tự nhiên trở thành xu hướng chủ đạo trong phát triển kinh tế bền vững; giảm phát thải và tăng khả năng hấp thụ khí nhà kính dần trở thành chỉ tiêu bắt buộc và quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội”.

Trong Quyết định đã đề ra 3 mục tiêu cụ thể và 3 Nhiệm vụ Chiến lược của Tăng trưởng xanh.

(i) 3 mục tiêu cụ thể là: Tái cấu trúc và hoàn thiện thể chế kinh tế theo hướng xanh hóa các ngành hiện có và khuyến khích phát triển các ngành kinh tế sử dụng hiệu quả năng lượng và tài nguyên với giá trị gia tăng cao; Nghiên cứu, ứng dụng ngày càng rộng rãi công nghệ tiên tiến nhằm sử dụng hiệu quả hơn tài nguyên thiên nhiên, giảm cường độ phát thải khí nhà kính, góp phần ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu; Nâng cao đời sống nhân dân, xây dựng lối sống thân thiện với môi trường thông qua tạo nhiều việc làm từ các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ xanh, đầu tư vào vốn tự nhiên, phát triển hạ tầng xanh.

(ii) 3 Nhiệm vụ chiến lược trong đó có nhiệm vụ số 2 liên quan trực tiếp đến Hóa học xanh đó là nhiệm vụ b: Thực hiện một chiến lược “công nghiệp hóa sạch” thông qua rà soát, điều chỉnh những quy hoạch ngành hiện có, sử dụng tiết kiệm và hiệu quả tài nguyên, khuyến khích phát triển công nghiệp xanh, nông nghiệp xanh với cơ cấu ngành nghề, công nghệ, thiết bị bảo đảm nguyên tắc thân thiện với môi trường, đầu tư phát triển vốn tự nhiên; tích cực ngăn ngừa và xử lý ô nhiễm.

Những chỉ tiêu chủ yếu đến năm 2020 gồm: Giá trị sản phẩm ngành công nghệ cao, công nghệ xanh trong GDP là 42 - 45%; tỷ lệ các cơ sở sản xuất kinh doanh đạt tiêu chuẩn về môi trường là 80%, áp dụng công nghệ sạch hơn 50%, đầu tư phát triển các ngành hỗ trợ bảo vệ môi trường và làm giàu vốn tự nhiên phấn đấu đạt 3 - 4% GDP.

2.2.2 Hợp tác quốc tế về phát triển Hóa học xanh

Ngày 04/06/2018 Cục Hóa Chất Bộ Công Thương phối hợp với Quĩ Môi trường toàn cầu (GEF), Chương trình Phát triển Liên hợp Quốc (UNDP) đã tổ chức Hội thảo khởi động dự án: ‘Áp dụng hóa học xanh tại Việt Nam nhằm hỗ trợ tăng trưởng xanh, giảm thiểu sử dụng, và phát thải các chất ô nhiễm, hữu cơ khó phân hủy (PÓP) và các chất độc hại khác (Dự án hóa học xanh). Hiện tại dự án đanh trong giai đoạn triển khai thực hiện.

TS. Trần Hữu Bưu - Phó TBT Tạp chí Công nghiệp môi trường

Nguồn: www.epa.gov/greenindustry; www.acs.org; Quyết định số 1393/QĐ-TTg ngày 25 tháng 09 năm 2012 Phê duyệt “Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh thời kỳ 2011- 2020 và tầm nhìn đến năm 2050”.