Спасет ли мир «зеленая химия»?
12 сценариев развития человечества
В начале 1980-х годов группа ученых во главе с супругами Деннисом и Донеллой Медоуз спрогнозировали 12 сценариев развития человечества при условии, что мы продолжим в прежнем темпе размножаться, производить промышленные товары и загрязнять природу. Труд назывался «Пределы роста».
Каждый сценарий включал в себя комбинации показателей: численность населения, производство, продовольствие, ресурсы и загрязнение, и их влияние друг на друга. Так, рост численности населения приводит к росту потребления продовольствия, что в свою очередь требует увеличения производственных мощностей. Для этого нужно использовать больше ресурсов. Как итог — увеличивается количество загрязнения. Это работает и в обратную сторону. Уменьшение количества ресурсов сначала снижает число производимых товаров (продовольствия) и отходов, а потом отражается на численности населения.
Семь из 12 сценариев имели позитивный характер. В случае их реализации человечество достигло бы устойчивого развития по всем параметрам. А вот пять носили предупредительный характер: ученые просчитывали разные варианты того, что будет, если хотя бы один из показателей начнет резко увеличиваться.
Причины экологического коллапса
Прогресс
В погоне за комфортом человечество совершает открытия, не задумываясь о последствиях воздействия на окружающую среду. В тройку лидеров-загрязнителей попадают химическая промышленность, металлургия и нефтехимическая промышленность.
Еще недавно для производства одного килограмма «Виагры» нужно было потратить 1300 килограммов растворителей.
Фармацевтическая промышленность грязнее, чем нефтехимическая. Звучит парадоксально, но тем не менее, это так. Открывая новое, люди не задумываются о том, как это будет себя вести в окружающей среде. А чтобы среда была устойчива, должны существовать биогеохимические циклы. Мы знаем из школьной программы циклы азота, цикл фосфора и так далее. Азотные удобрения позволяют решить проблему голода, но одновременно вводят в возмущения азотный цикл. И сейчас азотный цикл вызывает серьезное беспокойство. Если он будет разрушен, мы не знаем, как поведет себя биота. Если таких циклов нет, то можно ожидать разрушение биосферы вообще,— Наталья Тарасова, заведующая кафедрой «ЮНЕСКО» «Зеленая химия для устойчивого развития» РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Пластик
Безусловно, полимеры стали настоящим открытием. Пластик дешевый, служит много лет, легкий и удобный в применении, да и форму ему легко придать любую. Но полимеры не разлагаются, а учитывая массовое потреблением обществом, планета уже по уши погрязла в их отходах.
Парниковые газы
С внедрением новых технологий у предприятий растут и шансы пополнить ряды неэкологичных производств. Даже самое, казалось бы, безвредное сельское хозяйство сегодня приобрело иной экологический статус. Около полутора миллиардов коров, которые сейчас живут на планете, прямо или косвенно связаны с выделением 18 % всех парниковых газов. Это больше показателя уровня выбросов всего транспорта Земли. К 2050 году ущерб экологии от «коровьих парниковых газов» может увеличиться в два раза. А это, в свою очередь, ведет к глобальному изменению климата. Ведь парниковые газы — это не только СО2, но и пары воды. А воздействие метана по разным оценкам в 25, а то и все 80 раз выше, чем углекислого.
Паника
Но главная опасность кроется не в коровах, а в панике, которая охватывает человечество. Люди в прямом смысле слова готовы класть на алтарь экологии человеческую жизнь. Британские радикальные экологи заявили: «Отсутствие ребенка экономит 59 тонн выбросов углекислого газа в год».
Совсем скоро сознательным гражданам нужно будет отказываться от рождения ребенка во имя сохранения окружающей среды, — цитата из статьи «Рождение ребенка — величайший акт разрушения климата» аналитика Тома Вудмана.
Как уменьшить вредное воздействие
Атомная эффективность и Е–Фактор
Атомная эффективность (atom economy) показывает, насколько безотходно производство. Пример — флагманская технология мембранного метода разделения веществ. Это принцип перехода молекул воды или газа через полупроницаемую мембрану под воздействием внешнего давления. С помощью процесса обратного осмоса удается избавиться от 98% примесей, растворенных в воде, а в промышленных установках показатель может достигать 100%.
У нас разработан такой метод выделения ксенона из природного газа. Наши коллеги из Санкт-Петербурга, известные анестезиологи, очень высоко оценивают перспективы ксенона, ведь он может быть использован в анестезии для грудничков, маленьких детей и также для старшего поколения,— и.о. ректора РХТУ им. Д.И.Менделеева Илья Воротынцев.
Термин Е–фактор ввел голландский ученый Роджер Шелдон. На одном из фармацевтических предприятий, ученый увидел закономерность — чем больше стадий производства, тем больше отходов. Шелдон предложил измерять это соотношение показателем Е-фактора, то есть, соотношением количества отходов к количеству полученного нужного продукта. Чем Е–Фактор выше, тем производство грязнее. Решение проблемы — применение каталитических реакций для получения органического продукта за одну стадию.
Кстати, в нефтехимической промышленности каталитические реакции составляют 90% всех процессов. И Е-фактор там, на удивление, мал, но так как самих производств много, их суммарный выброс наносит весомый урон окружающей среде.
Зеленые технологии
Эпоха зеленых (природных) растворителей началась в начале ХХ века. Первым их разработал польский химик Кшиштоф Матышевски.
Приз Королевского химического общества Великобритании был присужден группе ученых, которая сумела сократить использование растворителя в процессе производства «Виагры» с 1300 до 6 килограммов
А российские ученые, например, предложили принципиально новый подход к изготовлению электронных устройств, которые есть в каждом доме — тонких полупроводниковых пленок. В скором будущем даже электронику можно будет создавать без использования токсичных растворителей и дорогих вакуумных технологий.
Еще одна зеленая технология — использование серы в аккумуляторах, ее предложил химик Ефрем Кривобородов. В отличие от других аккумуляторов, эти имеют высокую энергоемкость, низкую себестоимость и являются экологически безопасными. Эта разработка объединяет в себе два направления зеленой химии: решается проблема утилизации и создается новая технология производства экологически приемлемого источника энергии.
Вторичная переработка
Поможет сделать производство безотходным и заново запустить жизненный цикл продукта. Это особенно актуально, если продукт очень медленно разлагается в окружающей среде, тем самым, засоряя ее. В Исследовательском центре СИБУР Полилаб ученые занимаются тестированием продуктов из полимеров, в частности — разработкой новых рецептур для полимерных изделий с добавлением переработанных пластиковых отходов. Здесь же функционирует производство по переработке уже использованного пластика, качество которого проверяют лабораторно 30 различными методами.
Особенность переработки вторичного сырья — нельзя использовать отходы непищевого пластика (например, флаконы от шампуня) для производства пищевой упаковки.
При помощи существующих технологий переработать пластик можно до 10 раз. А экологический след от такого производства примерно в сто раз ниже, чем если бы производитель заново делал поливинилхлорид из исходных веществ.
Главная трудность вторичной переработки пластика в том, что современные производители усложняют упаковку. Самая обычная колбаса может быть обернута сразу в три различных вида пластиковой пленки. И все эти упаковки сложно разделить. Точно также усложняют жизнь те производители, которые делают пластиковую упаковку цветной. Так что, зеленые химики призывают людей быть проще, и тогда перерабатывать можно будет практически любой пластик.
Каждый из нас тоже может внести свою лепту в дело спасения экологии. Например, если научится правильно сортировать мусор.
Учеными разработана и уже внедряется технология создания полилактидов, то есть полимеров молочной кислоты. Органический пластик легко разлагается в природе и практически не приносит вреда.
Альтернатива полезным ископаемым
Истощение запасов полезных ископаемых нашей планеты — одна из глобальных проблем, которые еще предстоит решить. Задача — использовать элементы, которые на Земле имеются в избытке, сократить до минимума применение редких элементов и, по возможности использовать вместо ископаемых ресурсов возобновляемые — все то, что нам Земля производит каждый год. Например, биомасса.
Метан можно получить и при трансформации гумуса из отходов агропромышленного комплекса, количество которых ежегодно переваливает за 250 тысяч тонн.
Уже сегодня сельхозпроизводитель может купить биогазовую установку для получения из отходов тепло- и электроэнергии и даже топливо для автомобиля.
Технологии зеленой химии могут быть применены для создания суперконденсаторов и аккумуляторов, активно применяемых в мобильных телефонах, в транспорте и в других бытовых устройствах.
Но как быть с химикатами, которые могут содержаться в себе отходы СХ? — спросите вы. И эта проблема решаема. Яркий пример экологичной хозяйственности — российский производитель удобрений Фосагро в Череповце, уже применяющий инновационный метод переработки фосфатов при замкнутом цикле производства.
Природные фильтры
Некоторые растения вполне способны очищать поверхностные слои почвы от тяжелых металлов. Ученые считают, что лучше всего для зеленой очистки подойдут неприхотливые и быстрорастущие клевер и горчица, но не простые, а усиленные добавками, которые позволяют вывести из почвы в 4-5 раз больше тяжелых металлов. Данная технология способна ликвидировать и более серьезные проблемы, например, разлитие ртути.
Впрочем, засевать все угодья дешевыми культурами, в ущерб производству продуктов питания, никто не собирается: основа устойчивости биосферы — в ее разнообразии.
В 2022 году докладу «Пределы Роста» исполнится полвека. Начнем с малого, с себя, и прямо сейчас пойдем сортировать мусор в наших помойных ведрах, да и в головах тоже.
В статье использованы данные передачи «Научные сенсации. Зеленая химия» телеканала «Наука»