Chimica verde, le nostre speranze per un mondo più pulito ed efficiente

La chimica è onnipresente nella nostra vita quotidiana. Dentifricio, plastica e creme solari sono tutti realizzati utilizzando processi chimici. Tuttavia, la loro produzione e il loro consumo – che sono rivoluzionari sotto molti aspetti – possono avere un impatto piuttosto pesante sul nostro ambiente. Da qui l’emergere della chimica verde.

Pubblicato il 07 febbraio 2022

Al giorno d’oggi, l’industria chimica è coinvolta in almeno una delle fasi che caratterizzano i processi utilizzati per fabbricare la maggior parte dei prodotti che utilizziamo o consumiamo.

La chimica moderna è però decollata solamente nel XIX secolo. Potremmo pensare di vivere senza questa scienza? E poi, i gravi incidenti avvenuti nel secolo scorso (Seveso nel 1976, Bhopal nel 1984 e AZF nel 2001), l’inquinamento provocato dalla contaminazione da scarichi solidi, liquidi o gassosi… potrebbero indurci a diffidare dell’industria chimica e a pensare di poterne fare a meno?

Per rispondere a questa domanda, Armand Lattes, professore all’Università di Tolosa e direttore del Risk Management department’s Chemical Decontamination and Environment unit (CNRS), ha pubblicato un articolo intitolato “Et si les Chimistes arrêtaient tout” (E se i chimici smettessero di fare tutto quello che fanno?). Leggendolo vi rendete conto che questa semplicemente non è un’opzione plausibile.

Come regola generale, la chimica contribuisce al benessere umano e animale. E come sostiene Stéphane Sarrade, capo del dipartimento di fisica-chimica della divisione di sicurezza nucleare di Saclay della commissione francese per l’energia atomica “non possiamo semplicemente quantificare i milioni di vite che sono state salvate dall’industria chimica – attraverso lo sviluppo di farmaci sintetici (in particolare la chemioterapia), pesticidi che proteggono i nostri raccolti e riducono al minimo le carestie e molto altro ancora”.

La chimica è tutto intorno a noi – viene utilizzata nel settore dei trasporti, per fornire riscaldamento e cibo, è utilizzata in medicina e nei prodotti per l’igiene, ed è usata per produrre carta, inchiostri, vernici, fertilizzanti, ecc. È presente in almeno una delle fasi dei processi di fabbricazione dei prodotti di cui ci nutriamo quotidianamente ed è utilizzata per fornire prodotti intermedi per altri settori industriali (come l’agroalimentare, il tessile, il settore automobilistico, la produzione di carta, ecc.). Inoltre è essenziale per mantenere la nostra qualità della vita – nonostante il fatto che l’opinione pubblica preferirebbe fare meno affidamento su di essa: comporta l’uso di quantità significative di combustibili fossili e può talvolta portare a gravi incidenti legati all’inquinamento – con conseguenze per le generazioni future. Sulla base di questo desiderio di ridurre al minimo la nostra dipendenza dalla chimica, sta emergendo un’industria ancora più attenta – che è in linea con i principi dello sviluppo sostenibile: la chimica verde.

La chimica verde (o chimica sostenibile) è definita come la progettazione, lo sviluppo e l’uso di prodotti e processi chimici che cercano di ridurre o eliminare l’uso o la formazione di sostanze nocive o tossiche per la salute delle persone e l’ambiente. Stéphane Sarrade aggiunge a questa definizione: “La chimica verde implica la progettazione di prodotti e processi industriali basati sull’ingegneria di processo con il minor impatto possibile in tre aree chiave: la salute delle persone coinvolte in questi processi, la qualità dell’ambiente e la salute dei consumatori”.

Il concetto di chimica verde è emerso per la prima volta negli Stati Uniti negli anni ’90. E nel 1998, Paul Anastas e John Warner, ricercatori della US Environmental Protection Agency (EPA), hanno posto le basi teoriche di questa nuova disciplina pubblicando un libro che definisce 12 principi fondanti:

1. Prevenire l’inquinamento alla fonte: ciò significa sviluppare processi chimici che non comportano la produzione di residui futuri che diventeranno rifiuti.
2. Economizzare sulle materie prime: economia degli atomi significa poter recuperare tutte le molecole utilizzabili in una data materia prima per varie applicazioni energetiche, cosmetiche e agroalimentari. Ciò richiede strumenti di separazione molto potenti.
3. Lavorare in condizioni di sicurezza: questo è possibile utilizzando condizioni operative “soft” (in termini di temperatura ambiente, pressione più bassa, ecc.) e dando priorità all’utilizzo di prodotti con bassi o nulli livelli di tossicità per le persone e l’ambiente.
4. Progettare sostanze chimiche meno tossiche: dobbiamo sviluppare nuove molecole più efficienti e non tossiche. La sicurezza è valutata mediante studi tossicologici a livello cellulare e di organismo.
5.  Utilizzare solventi atossici: questo significa cercare alternative ai solventi organici tossici e inquinanti, come il benzene, il cloroformio, il tricloroetilene – prodotti chimici che hanno una cattiva reputazione.
6. Risparmiare energia: ciò significa ridurre al minimo il dispendio energetico e sviluppare nuovi materiali efficienti per lo stoccaggio dell’energia. Significa anche cercare nuove fonti di energia a basse emissioni di carbonio che generino minori emissioni di gas a effetto serra.
7. Utilizzare le risorse rinnovabili: meglio che utilizzare le risorse fossili. La biomassa, che è tutta materia organica che costituisce piante, alberi, rifiuti animali, agricoli e urbani, è una materia prima rinnovabile facilmente utilizzabile. Allo stesso modo, questo concetto può essere esteso all’uso di energie rinnovabili.
8. Ridurre l’uso di molecole intermedie: questo significa – quando ciò è possibile – dare priorità alla creazione di reazioni dirette. Infatti, le fasi intermedie dei processi chimici comportano l’utilizzo di sostanze chimiche che inevitabilmente diventeranno rifiuti.
9. Dare la preferenza ai processi catalitici piuttosto che convenzionali: un catalizzatore è una sostanza aggiunta ad una soluzione chimica che rende possibile una determinata reazione chimica. Accelera la velocità alla quale avviene la reazione, riducendo la quantità di energia richiesta affinché due molecole reagiscano a vicenda. Il catalizzatore è invariato alla fine del processo chimico, quindi è riciclabile.
10. Progettare una sostanza chimica pensando al suo deterioramento finale: un prodotto chimico finirà per diventare un rifiuto. Quando possibile, è meglio progettarlo con l’idea che tutti o parte dei rifiuti possono essere riciclati. Deve anche essere progettato in modo che il suo futuro deterioramento – naturale o accelerato – non porti alla creazione di sottoprodotti pericolosi.
11. Effettuare analisi in tempo reale delle sostanze chimiche e della loro impronta ambientale: ciò significa prevenire l’inquinamento, monitorando direttamente le reazioni chimiche. Deve essere possibile individuare e quantificare la presenza di prodotti chimici e di agenti biologici notoriamente tossici – anche quando sono presenti solo in tracce.
12. Sviluppare una chimica fondamentalmente più sicura: questo significa scegliere le materie prime chimiche con attenzione per prevenire incidenti, esplosioni, incendi e l’emissione di composti pericolosi. Anche la forma della sostanza chimica è importante: una molecola gassosa si diffonde di più nell’ambiente rispetto alla stessa molecola in forma solida.

Per sostituire gradualmente la chimica “convenzionale”, la chimica verde deve dimostrare la sua efficienza da un punto di vista tecnologico, industriale, economico e sociale. Sarà possibile farlo affrontando quattro sfide chiave interconnesse.

I progressi tecnologici sono probabilmente una delle forze principali che guidano lo sviluppo della chimica verde. L’esempio più efficace di questa area è la catalisi: le reazioni catalitiche sono reazioni eseguite in presenza di un catalizzatore. Questo elemento solido o liquido accelera la velocità alla quale si verifica la reazione abbassando la soglia di energia che deve essere raggiunta prima che la reazione sia possibile. Il catalizzatore quindi risparmia energia e riduce il tempo di reazione. Ha anche la proprietà di essere selettivo. Mentre una reazione convenzionale spesso provoca – oltre al prodotto desiderato – coprodotti o sottoprodotti indesiderati, la presenza di un catalizzatore favorisce la formazione del solo prodotto desiderato.

L’industria deve affrontare l’aumento dei prezzi delle materie prime derivate dal petrolio, nonché l’imminente esaurimento di queste risorse; l’obbligo di ridurre drasticamente l’inquinamento da processi chimici, in particolare le emissioni di gas a effetto serra; la forte pressione normativa per quanto riguarda l’uso di materie prime, prodotti intermedi sintetici e prodotti dell’industria chimica. Per affrontare queste sfide, la chimica verde non può fare affidamento solo sulla tecnologia. Inevitabilmente, il suo sviluppo dovrà comportare l’adozione di nuovi metodi organizzativi nelle imprese e tra le imprese. Ciò comporterà anche l’adattamento delle competenze dei dipendenti e l’anticipazione delle esigenze future.

Quando un’azienda si impegna a passare dalla chimica convenzionale alla chimica verde, deve garantire che ciò sia redditizio. Infatti, un processo “verde” può davvero sostituire un processo “convenzionale” solo se il ritorno sull’investimento è abbastanza rapido.

Una delle principali sfide economiche che la chimica verde deve affrontare consiste quindi nello sviluppo di processi verdi la cui redditività è paragonabile o superiore a quella che può essere ottenuta utilizzando processi convenzionali.

La chimica blu è una categoria di chimica verde che si concentra sulle risorse marine. Le alghe hanno un grande potenziale di utilizzo con la chimica blu – possono essere utilizzate in agricoltura e nel settore agroalimentare. Infatti, le alghe contengono un’ampia gamma di molecole attive che possono essere utilizzate come fertilizzanti o pesticidi.

Tali prodotti sono già sul mercato e fanno parte di una politica agricola sostenibile, con minori costi energetici e ambientali. Essi consentono di limitare l’impiego di concimi azotati e di sostituire taluni antiparassitari (fungicidi, insetticidi, erbicidi, parassitari, ecc.).

Gli studi hanno dimostrato le proprietà antibatteriche, antivirali, antifungine, insetticide o addirittura nematocidi degli estratti di alghe quando vengono utilizzati su piante di pomodoro, patata o persino tabacco. L’impatto positivo degli ormoni della crescita delle alghe è stato dimostrato anche sulle colture trattate – la resa in massa e delle piante è migliorata, così come il modo in cui fotosintetizzano. Inoltre, il contenuto di polisaccaridi delle alghe, e più specificamente degli oligo-carrageni, attiva e migliora diverse vie metaboliche, portando a migliori rese delle colture.