E aí gurunautas? Tudo bem? Hoje vamos falar sobre Química Verde! Você sabe o que é? Se sim, tudo bem, esse texto é para você, e se não sabe, senta aí e se prepara para aprender algo novo! Partiu aventura de descoberta? Talvez eu esteja exagerando um pouco! Mas, apesar de não ser exatamente uma aventura épica no melhor estilo Detroit: Become Human, eu prometo que será interessante. Vem comigo!
Primeiramente, a química verde é um conceito que vem ganhando destaque nos últimos anos, porém, o ceticismo público sobre produtos químicos e processos químicos começou a crescer no século XX, na verdade não só o ceticismo O termo “produtos químicos” possuem uma conotação negativa ainda hoje para a maioria das pessoas. E claro, não é culpa da sociedade, temos que admitir que antes dos anos de 1980 não tínhamos tantas preocupações, e houve vários acidentes relacionados a esta indústria.
Química Verde
Então, a Química Verde visa melhorar tanto os produtos quanto os processos químicos para reduzir ou eliminar o uso de substâncias perigosas. Para isso, precisa-se considerar todo o ciclo de vida de um produto químico, desde o design e fabricação até o uso e descarte final.
Claro, há convergência com o Desenvolvimento Sustentável, porém, a Química Verde quer prevenir a poluição no nível molecular. E para isso, adota-se uma filosofia que seja possível aplicar a todas as áreas da química. Sempre buscando soluções científicas inovadoras, resolve problemas ambientais reais. Para, claro, reduzir a geração de poluição na fonte e minimizar os impactos negativos de produtos e processos químicos na saúde humana e no meio ambiente.
Outra abordagem da química verde é o princípio da vovó, “prevenir é melhor que remediar” (pelo menos era minha vovó quem falava isso). Além de substituir os solventes mais nocivos e perigosos por alternativas eficazes e seguras. Assim, tecnologias que evitam perigos durante o processo químico integram os princípios da Química Verde, e para isso, existem os 12 princípios da química verde. Vamos ver cada um deles? Sim, vamos sim!
Os 12 Princípios
1º Princípio: Prevenção de Resíduos
Este princípio simplesmente afirma que os processos químicos devem otimizar a produção para gerar a menor quantidade possível de resíduos. Uma métrica, conhecida como fator ambiental, avalia a quantidade de resíduos gerados por um processo, calculando-se ao dividir a massa de resíduos que o processo de produção gera pela massa do produto obtido. Quanto menor o fator ambiental, melhor.
Dessa maneira, os processos de produção de medicamentos historicamente tinham fatores ambientais muito altos, mas a aplicação de alguns dos outros princípios da química verde pode ajudar a reduzi-los. Outros métodos avaliam as quantidades de resíduos, comparando a massa das matérias-primas com a do produto. Ou seja, melhorar a eficiência de produção, além da eficiência da reação. Vamos continuar!
2º Princípio: Economia de Átomos
Já na economia de átomos é uma medida da quantidade de átomos do material inicial que estão presentes nos produtos úteis no final de um processo químico. Produtos secundários de reações que não são úteis podem levar a uma economia de átomos menor e mais resíduos.
Assim, de muitas maneiras, a economia de átomos é uma medida melhor da eficiência da reação do que o rendimento da reação; o rendimento compara a quantidade de produto útil obtido em comparação com a quantidade que você teoricamente esperaria dos cálculos. Portanto, processos que maximizam a economia de átomos são preferidos.
3º Princípio: Síntese química menos perigosa
Idealmente, queremos que os produtos químicos que criamos para qualquer propósito não representem um risco à saúde dos humanos. Também queremos tornar a síntese de produtos químicos o mais segura possível, então o objetivo é evitar o uso de produtos químicos perigosos como pontos de partida se alternativas mais seguras estiverem disponíveis.
Além disso, ter resíduos perigosos de processos químicos é algo que queremos evitar, pois isso pode causar problemas com o descarte. Um exemplo pessoal: eu usava uma síntese utilizando DMF e consegui substituir por DMSO. O DMF é tóxico e altamente poluente, enquanto o DMSO é atóxico e de fonte renovável. Foi uma excelente mudança, sem perda de eficiência da reação.
4º Princípio: Projetando produtos químicos mais seguros
Este princípio está intimamente ligado ao anterior. Os químicos devem ter como objetivo produzir produtos químicos que cumpram sua função, seja médica, industrial ou outra, mas que também tenham toxicidade mínima para os humanos.
O design de alvos químicos mais seguros requer um conhecimento de como os produtos químicos agem em nossos corpos e no meio ambiente. Em alguns casos, os processos podem apresentar um grau de toxicidade para animais ou humanos, mas é necessário buscar alternativas. Ainda no meu exemplo pessoal, o desenvolvimento não para, mesmo o DMSO sendo uma alternativa melhor ao DMF, alguns outros solventes, como Cireno e Ɣ-Valerovactona, estão sendo pesquisados para substituir também o DMSO por serem ainda mais seguro.
5º Princípio: Solventes e Auxiliares Mais Seguros
Muitas reações químicas exigem o uso de solventes ou outros agentes para facilitar a reação (conhecido como catalisadores hahaha). Elas também podem ter uma série de riscos associados a elas, como inflamabilidade e volatilidade.
Os solventes podem ser inevitáveis na maioria dos processos, mas devem ser escolhidos para reduzir a energia necessária para a reação, devem ter toxicidade mínima e devem ser reciclados, se possível.
6º Princípio: Design para eficiência energética
A química verde desaprova processos que consomem muita energia. Sempre que possível, é melhor minimizar o uso de energia ao criar um produto químico, realizando reações em temperatura e pressão ambiente. O design da reação também exige atenção; remover solventes ou implementar processos para eliminar impurezas pode aumentar o consumo de energia e, consequentemente, os impactos ambientais do processo.
7º Princípio: Uso de matérias-primas renováveis
Este princípio foca amplamente em petroquímicos: produtos químicos que derivam do petróleo bruto. Indústrias os utilizam como materiais de partida em diversos processos químicos, mas esses recursos não são renováveis e podem se esgotar. Eles são usados como materiais de partida em uma variedade de processos químicos, mas não são renováveis e podem ser esgotados. Os processos podem se tornar mais sustentáveis pelo uso de matérias-primas renováveis, como produtos químicos derivados de fontes biológicas. Só mais um exemplo pessoal, estamos estudando (meu objeto de estudo) substituir a matéria-prima da fibra de carbono (PAN) que é derivado do petróleo, por lignina (resíduo da indústria do papel e celulose). A PAN custa, em torno de 50% do valor da produção da fibra, enquanto que, utilizar lignina há muitos benefícios, o problema é fazer funcionar!
8º Princípio: Reduzir Derivados
Grupos de proteção são frequentemente usados em síntese química, pois podem evitar a alteração de certas partes da estrutura de uma molécula durante uma reação química, enquanto permitem que transformações sejam realizadas em outras partes da estrutura. No entanto, essas etapas exigem reagentes extras e também aumentam a quantidade de resíduos que um processo produz.
Alguns processos já exploram o uso de enzimas como alternativa. Por serem altamente específicas, as enzimas permitem atingir partes específicas da estrutura de uma molécula sem precisar utilizar grupos de proteção ou outros derivados.
9º Princípio: Catálise
O uso de catalisadores pode permitir reações com maiores economias de átomos. Os próprios catalisadores não são usados por processos químicos e, como tal, podem ser reciclados muitas vezes e não contribuem para o desperdício.
Assim, eles podem permitir a utilização de reações que não ocorreriam em condições normais, mas que também produzem menos resíduos.
10º Princípio: Design para Degradação
Idealmente, os químicos devem projetar produtos que, ao cumprirem seus propósitos, se decomponham em substâncias inofensivas e não causem impactos negativos ao meio ambiente. Poluentes orgânicos persistentes, como o DDT, não se decompõem, acumulam-se e permanecem no meio ambiente; esses compostos, geralmente halogenados, exemplificam o problema. Sempre que possível, é necessário substituir esses produtos químicos por outros que se decomponham mais facilmente pela ação da água, luz UV ou biodegradação.
11º Princípio: Prevenção de Poluição em Tempo Real
Monitorar uma reação química conforme ela ocorre pode ajudar a prevenir a liberação de substâncias perigosas e poluentes devido a acidentes ou reações inesperadas. Com o monitoramento em tempo real, sinais de alerta podem ser detectados, e a reação pode ser interrompida ou gerenciada antes que tal evento ocorra.
12º Princípio: Química Mais Segura para Prevenção de Acidentes
Trabalhar com produtos químicos sempre traz um grau de risco. No entanto, se os perigos forem bem gerenciados, o risco pode ser minimizado. Este princípio claramente se vincula a vários outros princípios que discutem produtos ou reagentes perigosos. Onde possível, a exposição a perigos deve ser eliminada dos processos, e deve ser projetada para minimizar os riscos onde a eliminação não é possível.
O Futuro da Química Verde
Embora implementar os princípios da química verde pareça simples, muitos processos químicos ainda precisam de melhorias. Diversos produtos químicos que utilizamos diariamente provêm de processos que não atendem a vários desses princípios; muitos ainda derivam de produtos petroquímicos e geram grandes quantidades de resíduos. Atender a esses princípios em um grande número de processos apresenta desafios, mas também incentiva novas pesquisas e a descoberta de novas químicas. Nos próximos anos, espera-se que indústrias adaptem muitos outros processos para alinhar-se a esses princípios.
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