José A. Mayoral

Zaragoza, 19 de Mayo de 2008

Química Verde,una apuesta estratégica de futuro

GREEN CHEMISTRY

JosJoséé Antonio MayoralAntonio MayoralDepartamentoDepartamento de de QuQuíímicamica OrgOrgáánicanicaInstitutoInstituto de de CienciaCiencia de de MaterialesMateriales de de

AragAragóónnInstitutoInstituto UniversitarioUniversitario de de CatCatáálisislisis

HomogHomogééneaneaUniversidad de Zaragoza Universidad de Zaragoza –– C.S.I.C.C.S.I.C.

GREEN CHEMISTRY GREEN CHEMISTRY

UNA APUESTA ESTRATÉGICA DE FUTURO

IbercajaZentrumMayo 2008

¿De dónde procede la lechedesnatada?

GREEN CHEMISTRY

La Química está en todas partes

En primer lugar, consideremos los beneficios de la química. La industria química suministramuchos productos que imejoran nuestra vida y de los que dependemos

¿¿QuQuéé hace la quhace la quíímica por nosotros?mica por nosotros?

“Most of the environmental problems of past centuries and decades, such as the

biological contamination of drinking water, were solved only when the methods of

science in general—and chemistry in particular—were applied to them. The

phenomenal rise in human life expectancy and in the material quality of life that has

come about in recent decades is due in no small measure to chemicals and chemistry.”

— Colin Baird, Environmental Chemistry.

La Química, motor de la innovación

28.600 millones. € Turn-over debido a las innovaciones químicas.

E&E = Electric & ElectronicE&E = Electric & Electronic

IndustriaIndustria QuQuíímicamica

SaludSalud

ConsumidorConsumidor

AutomovilAutomovilPackagingPackagingAgricultureAgricultureConstructionConstructionE&E*E&E*TextileTextilePaperPaperWood/FurnitureWood/FurnitureDetergentsDetergentsEngineeringEngineeringPrintingPrintingLeather/ShoeLeather/ShoeNutritionNutritionOthersOthers

Fuente: Zentrum für Europäische Wirtschaftforschung GmbH, INNOVATIONSMOTOR CHEMIE Ausstrahlung von Chemie-Innovationen auf andere Branchen, Feb. 2003.

¿¿QuQuéé ““hacehace”” la qula quíímica por nosotros?mica por nosotros?

ALGUNOS DE LOS INCIDENTES DEL PASADO HAN SIDO BIEN

PUBLICITADOS • El rio Cuyahoga en Ohio

estaba tan contaminadoque ardió de modoespontáneo.

• El accidente de Bhopal, India, liberó isocianato de metilo. Murieron cerca de 4.000 personas.

ALGUNOS DE LOS INCIDENTES DEL PASADO HAN SIDO

BIEN PUBLICITADOS• Un vertido accidental de dioxinas y otros

productos en Seveso, Italia, en 1.976 causó la muerte de muchos animales de granja y problemas de salud a personas

Efectos de la contaminaciEfectos de la contaminacióón n ququíímicamica

Efecto invernadero: Efecto invernadero: sustancias que absorben radiación infrarroja (CO2, CH4, CFCs, haluros de alquilo)AcidificaciAcidificacióón: n: lluvia ácida (SOx, NOx, ácidos orgánicos)DestrucciDestruccióón de ozono estratosfn de ozono estratosféérico:rico: gases ligeros que sufren reacciones radicalarias (CFCs, haluros de alquilo)Niebla urbana (Niebla urbana (smogsmog):): vapores de sustancias orgánicas, como hidrocarburos (combustión parcial) y otros COVs (disolventes)EutrofizaciEutrofizacióón:n: crecimiento excesivo de bacterias y plantas en medios acuáticos (fertilizantes y otras sales)Toxicidad: Toxicidad: respecto a humanos o a especies animales o vegetales de un cierto entorno (ecotoxicidad)

La percepciLa percepcióón social de la qun social de la quíímicamica

0

10

20

30

40

50

60

1980 1990 2000Año

Porc

enta

je d

e la

pob

laci

ón

DesfavorableFavorable

PreocupaciPreocupacióón social y normativan social y normativaSubstancia Efecto ambiental Normativa Año

CFCsCCl4, CH3Cl, CHCl3, halones, HBFCs

Destrucción del ozono estratosférico

Protocolo de Montreal 1987

Combustibles fósiles Efecto invernaderoCalentamiento global

Protocolo de Kyoto 1997

Sustancias tóxicas/peligrosas

Contaminación acuíferos Directiva marco 2000/60/CE 2000

Polucionantesorgánicos persistentes

BioacumulaciónToxicidadPersistencia

Programa UNEPConvención de Estocolmo

1997

Disolventes Emisión de COVFormación de ozono troposféricoSalud ocupacional

Directivas 99/13/CE, 2001/81/CEPrograma CAFE

REACH

1999

“ Chemistry has an important role to play in achieving a sustainable

civilization on earth.”

— Dr. Terry Collins, Professor of ChemistryCarnegie Mellon University

EN UNA CIVILIZACIÓN SOSTENIBLE

• Las tecnologías paraproducir bienes de consumono deben dañar el medioambiente o la salud

• Es preferible usar materiasprimas renovables que lasmeterias fósiles, de duración limitada

Concepto de biorefinería

EN UNA CIVILIZACIÓN SOSTENIBLE

• Al fin de su uso los materiales han de biodegradarse, en caso contrariodeben reciclarse.

• Desarrollando productos que no dañanla salud ni el medioambiente.

EN UNA CIVLIZACIÓN SOSTENIBLE

• Los procesos de fabricación han de diseñarse para no producirresiduos.

– O –• Ls residuos han de ser

biodegradables o han de reciclarse.

¿¿QuQuéé se ha hecho hasta ahora al respecto?se ha hecho hasta ahora al respecto?

Dimensiones del Dimensiones del proceso quproceso quíímico mico

industrialindustrial

QuQuíímicamica

EconomEconomííaa

IngenierIngenierííaa

TecnologTecnologíía a paliativapaliativa

•• NeutralizacionesNeutralizaciones•• Plantas de tratamientoPlantas de tratamiento•• Plantas de recuperaciPlantas de recuperacióónn•• Lagunas de aireaciLagunas de aireacióónn•• DestrucciDestruccióón de residuosn de residuos

Peligro = (Riesgo Peligro = (Riesgo XX ExposiciExposicióón)n)

Peligro = (Riesgo Peligro = (Riesgo XX ExposiciExposicióónn))

¿¿QuQuéé se propone como alternativa?se propone como alternativa?

Dimensiones del Dimensiones del proceso quproceso quíímico mico

industrialindustrial

QuQuíímicamica

EconomEconomííaa

IngenierIngenierííaa

IntroducciIntroduccióón de cambios en n de cambios en la Qula Quíímica del procesomica del proceso

¿¿QuQuéé se propone como alternativa?se propone como alternativa?

Dimensiones del Dimensiones del proceso quproceso quíímico mico

industrialindustrial

QuQuíímicamica

EconomEconomííaa

IngenierIngenierííaa

QuQuíímica mica SostenibleSostenible

Peligro = (Peligro = (RiesgoRiesgo XX ExposiciExposicióón)n)

QuQuíímica Sostenible es a mica Sostenible es a QuQuíímica Paliativa lo que mica Paliativa lo que Medicina Preventiva es a Medicina Preventiva es a

Medicina CurativaMedicina Curativa

THE POLLUTION PREVENTION ACT OF 1990

• Es una ley de los EEUU quefavorece el desarrollo de procesos que no producenresiduos, la aproximación de la Química Verde.

PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE

Prevención de los vertidosEconomía atómicaSíntesis químicas menos peligrosasDiseño de compuestos químicos más segurosDisolventes y auxiliares más segurosDiseños para mejor eficiencia energéticaUso de fuentes renovablesReducción de derivatización en la síntesis

CatálisisDiseño para la degradaciónAnálisis en tiempo real para evitar la poluciónQuímica más segura para la prevención de accidentes

QUÍMICA VERDE SIGNIFICA

• Prevenir la contaminación antes de que aparezca.

• Diseñar procesos mas eficientesque minimicen la producción de residuos y precisen menosenergía.

• Diseñar procesos mas rentablesbasados en la reducción de costesde energía y de tratamiento de residuos

Acciones de la QuAcciones de la Quíímica Sostenible en el flujo mica Sostenible en el flujo de productos qude productos quíímicosmicos

Manufactura Manufactura QuQuíímicamica

Uso de Uso de productos y productos y materialesmateriales

Uso de materias Uso de materias primas renovablesprimas renovables

ObtenciObtencióón n de materias de materias

primasprimasEliminaciEliminacióónn

DiseDiseñño de o de productos productos

biodegradablesbiodegradables

DiseDiseñño de o de productos que no productos que no

dadaññen la salud ni el en la salud ni el medioambientemedioambiente

DiseDiseñño de procesos o de procesos industriales mindustriales máás eficientes:s eficientes:-- EnergEnergííaa-- Sin usar reactivos Sin usar reactivos peligrosos o nocivospeligrosos o nocivos-- Que no generen residuos o Que no generen residuos o que estos sean inocuosque estos sean inocuos

EJEMPLOS DEQUÍMICA VERDE

• Biocombustibles• Extintores• Tintorería ecológica• Polímeros• Esterilización• Sintesis verde de viagra• Biocatálisis• Disolventes verdes• Energía

Ejemplos de QuEjemplos de Quíímica Sostenible: uso de mica Sostenible: uso de productos quproductos quíímicosmicos

ReducciReduccióón de la n de la contaminacicontaminacióón n

por PLOMOpor PLOMO

ReducciReduccióón de su uso en n de su uso en pigmentos (color rojo, igual pigmentos (color rojo, igual que cromo y cadmio para que cromo y cadmio para

naranja y amarillo)naranja y amarillo)

Gasolina sin Gasolina sin plomo (uso de plomo (uso de

catalizadores en catalizadores en automautomóóviles)viles)

BiocombustiblesBiocombustibles

Desarrollo de pigmentos Desarrollo de pigmentos que contienen calcio, que contienen calcio,

estroncio y barioestroncio y bario

Ejemplos de QuEjemplos de Quíímica Sostenible: uso de mica Sostenible: uso de productos quproductos quíímicosmicos

Extintores Extintores ““verdesverdes””Los extintores llevan sustancias nocivas en ciertos aspectos, o

gases de tipo halon, que dañan la capa de ozono, o disoluciones

acuosas con aditivos persistentes en el medioambiente (fluorosurfactantes).

PyrocoolPyrocool utiliza utiliza surfactantessurfactantesbiodegradables para formar biodegradables para formar

espumas extintoras.espumas extintoras.

Ejemplos de QuEjemplos de Quíímica Sostenible: uso de mica Sostenible: uso de productos quproductos quíímicosmicos

Limpieza Limpieza ““en secoen seco””Percloroetileno (perc) es el

disolvente usado para tintorería. Se sospecha que causa cáncer y que sus residuos contaminan el agua.

El COEl CO22 supercrsupercríítico, junto tico, junto con algcon algúún humectante, es n humectante, es muy eficaz para eliminar la muy eficaz para eliminar la

grasa. Se usa de modo grasa. Se usa de modo comercial en algunas comercial en algunas

tintorertintoreríías.as.

Ejemplos de QuEjemplos de Quíímica Sostenible: disemica Sostenible: diseñño de o de materiales biodegradablesmateriales biodegradables

ÁÁcido cido polilpoliláácticoctico

Ejemplos de QuEjemplos de Quíímica Sostenible: uso de mica Sostenible: uso de productos quproductos quíímicosmicos

EsterilizaciEsterilizacióón de n de muestras biolmuestras biolóógicas o gicas o

implantes mimplantes méédicosdicos

Las dos técnicas usadas comúnmente, óxido de etileno y

radiación gamma, tienen problemas de toxicidad o seguridad.

El COEl CO22 supercrsupercríítico, junto con tico, junto con algo de algo de áácido cido peracperacééticotico y y

agua consigue la esterilizaciagua consigue la esterilizacióón n a baja temperatura.a baja temperatura.

VIAGRA VERDE

• Sildenafilo, se consumen 9 cápsulasde 50 mg/ seg. Se producían 100 l de residuos por Kg, en la actualidad se producen solo 2 l. El consumo de disolventes pasa de 125.000 l/año a 13.500 y se han eliminado los tóxicos.

N

HNN

NOEt

O2S NN

Pr

Me

Me

O

O

O

O

OH

ZANAHORIA

UNA REACCIÓN VERDE

Uso industrial de disolventes en EuropaUso industrial de disolventes en Europa

Producción de tintas1%

Procesamiento de caucho

2%Producción de fármacos

5%

Producción de adhesivos

4%

Artes gráficas13%

Tratamiento de maderas5%

Recubrimientos adhesivos

10%

Extracción de aceites4%

Limpieza en seco4%

Desengrasado13%

Pinturas39%

Ésteres9%

Halogenados8%

Aromáticos21%

Alcanos9%

Alcoholes33%

Éteres14%

Polares apróticos6%

2.200.000 Tm de disolventes usados en la U.E.

Producción de tintas1%

Procesamiento de caucho

2%Producción de fármacos

5%

Producción de adhesivos

4%

Artes gráficas13%

Tratamiento de maderas5%

Recubrimientos adhesivos

10%

Extracción de aceites4%

Limpieza en seco4%

Desengrasado13%

Pinturas39%

hidrocarburos

alcoholes y deriv

cloradoscetonas

glicolesotros

19871992

1997

Disolventes alternativosDisolventes alternativos

AguaAgua Formulaciones en pinturas y barnicesFormulaciones en pinturas y barnices

sCOsCO22

Extracciones de sustancias naturales: Extracciones de sustancias naturales: cafcaféé descafeinado, aceites esencialesdescafeinado, aceites esenciales……

Limpieza en secoLimpieza en seco

Disolventes orgDisolventes orgáánicos renovablesnicos renovablesEn ocasiones el empleo de un disolvente orgánico es inevitable o presenta ventajas difíciles de superar (mayor solubilidad de los solutos, facilidad de separación)

Una opción es sustituir los disolventes derivados del petróleo por otros procedentes de la biomasa, que pueden obtenerse por procesos de fermentación, enzimáticos o de esterificación, con las ventajas de ser biodegradables y contener oxígeno en su estructura en casi todos los casos

BIOMASABIOMASABIOMASA

Glicoles yéteres de glicol

Etanol Ácido láctico y lactatos

Esteres de ácidos grasos

Terpenos

Disolventes orgDisolventes orgáánicos renovablesnicos renovablesLas “biorefinerías” son capaces de producir este tipo de disolventes en grandes cantidades, lo que ya permite su comercialización a precios competitivos

Lactato de etiloEsteres de

aceite de soja

Sociedad basada en el petroleo

El crecimiento de las emisiones de CO2 causa un incremento en el CO2 atmosférico asociado con un incremento de la temperatura global

World Energy World Energy DemandDemand

2004: 14.5 TW (220 millions of barrels of oil per 2004: 14.5 TW (220 millions of barrels of oil per day)day)2050: 302050: 30--60 TW (45060 TW (450--900 900 mbdmbd))

Indicadores del cambio climático

FÍSICO-QUÍMICOS

Indicadores del cambio climático

- Ave pequeña, de unos 12 cm de long., alas largas y cabeza grande. Difícil de observar por su mimetismo con el terreno.

- Habita en desiertos y zonas áridas del norte de África y Próximo Oriente

- 1970 vista por primera vez en la Península Ibérica, en Almería y Murcia, donde se supone que llegó desde El Magreb

- 2000 se pudo comprobar por primera vez su reproducción en Alicante

- 2002 se detectó por primera vez su presencia en el delta del Ebro

BIOLÓGICOS

BUCANETES GITHAGINEUS(Camachuelo Trompetero)

PILAS DE COIMBUSTIBLE E HIDRÓGENO PROVENIENTE DEL AGUA

2 H2O O-O + 4 H+ + 4 e-

La energía proviene de la luz solar, aunque no

interaccione directamentecon el H2O

hν

4 H+ + 4 e- 2 H2

2 H2O O-O + 2 H-H

¡¡96% a 96% a partirpartir de combustibles de combustibles ffóósilessiles!!

Celdas de combustible: HCeldas de combustible: H22 + O+ O22 = H= H22OO

EN RESUMEN,LA QUÍMICA VERDE ES

• Científicamente consistente,• Económicamente eficiente, y• Conduce hacia una civilización

sostenible.

Los 10 problemas más importantes de la Humanidad en lospróximos 50 años

ENERGÍAAGUAALIMENTACIÓNMEDIO AMBIENTEPOBREZATERRORISMO y GUERRAENFERMEDADEDUCACIÓNDEMOCRACIASUPERPOBLACIÓN

2000 6.000 Millones de Personas2050 8-10.000 Millones de Personas

Fuente: Prof. R.E. Smalley, „Our Energy Challenge“, Columbia University, NYC, 23 September 2003

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