Vihreä kemia

Vihreä kemia pyrkii kehittämään mahdollisimman ympäristöystävällisiä kemikaaleja ja -prosesseja, kuten kemikaalien puhtaampaa ja energiatehokkaampaa valmistusta hyödyntämällä katalyytteja tai jatkojalostamalla välituotteita jätteen sijaan muihin käyttötarkoituksiin.   Tavoitteena on vähentää tai kokonaan eliminoida haitallisten aineiden käyttö tai tuotto koko elinkaaren ajalta, mutta myös jo syntyneitä vahinkoja pyritään korjaamaan. Vihreän kemian mukainen tuote tai teknologia pyrkii ensisijaisesti ennaltaehkäisemään ympäristön saastumista ja haittoja ihmisille.

Vihreän kemian hyödyt 
Vihreän kemian hyödyt voidaan jakaa sosiaalisiin, ekologisiin ja taloudellisiin. Sosiaalisia etuja ovat mm. ihmisen terveyteen liittyvät aspektit kuten puhtaampi ilma ja vesi, työturvallisuuden lisääntyminen kemianteollisuuden parissa, turvallisemmat kuluttajatuotteet sekä vähentyneet altistumiset vaarallisille kemikaaleille. Ekologisia etuja ovat muun muassa, että vaarallisia kemikaaleja joutuu vähemmän luontoon ja vihreät kemikaalit eivät ole luonnolle haitallisia. Näin kasvit ja eläimet altistuvat vähemmän vaarallisille aineille, ekosysteemit eivät vaurioidu niistä sekä näitä ei varastoidu jätteiden mukana esimerkiksi kaatopaikoille. Taloudellisia etuja syntyy mm. siitä, että prosessitehokkuus kasvaa, prosessien sivutuotteita voidaan käyttää tuotannossa toisten prosessien lähtöaineina sekä tuotettu asiakasarvo kasvaa turvallisten tuotteiden myötä.

Vihreän kemian periaatteet 

Vihreän kemian soveltamiselle käytännössä on muodostettu 12 periaatetta, joiden avulla pienennetään kemianteollisuuden aiheuttamia haittoja ihmisten ja ympäristön turvallisuudelle. Näitä periaatteita hyödynnetään jo olemassa olevien prosessien muokkaamisen lisäksi myös kartoittaessa uusia tutkimusalueita sekä kehittäessä vihreän kemian teknologioita. 
Vihreän kemian 12 periaatetta ovat: 

 Jätteen synnyn ehkäisy: Prosessien suunnittelu siten, ettei käsiteltävää jätettä synny.
 Atomiekonomia: Teolliset synteesiprosessit hyödyntävät maksimimäärän lähtöaineita eli hukkaan menevien atomien määrä on mahdollisimman pieni.
 Vaarattomat kemialliset synteesit: Teollisten synteesiprosessien reaktiotuotteet eivät ole ihmisille tai ympäristölle haitallisia tai myrkyllisiä.
 Turvallisten kemikaalien suunnittelu: Tuotetut kemikaalit ovat tehokkaita, mutta mahdollisimman haitattomia ihmiselle ja ympäristölle.
 Turvallisten liuottimien käyttö ja apuyhdisteiden käytön välttäminen: Prosessit eivät vaadi liuottimia, erottimia tai muita apuyhdisteitä. Mikäli käyttö on välttämätöntä, käytetään turvallisimpia vaihtoehtoja.
 Energian käytön minimoiminen: Kemialliset reaktiot toteutetaan huoneenlämmössä ja normaali-ilmanpaineessa aina kun mahdollista.
 Uudistuvien lähtöaineiden käyttö: Prosesseissa käytetään uusiutuvia lähtöaineita, kuten maataloustuotteita tai muiden prosessien jätettä. Uusiutumattomien lähtöaineiden, kuten fossiilisten polttoaineiden tai kaivosteollisuuden tuotteiden käyttöä vältetään.
 Tarpeettoman johdosten muodostumisen välttäminen: Turhien kemiallisten johdannaisten ja jätteen syntymisen ehkäisemiseksi vältetään tarpeettomien muutosten tekemistä aineiden funktionaalisiin ryhmiin. 
 Katalyyttien suosiminen: Katalyyttien käyttö pienentää syntyvän jätteen määrää, koska jo pieni määrä katalyyttia edesauttaa saman reaktion toistumisen useaan kertaan, ja maksimoi lähtöaineiden hyödyntämisen. Katalyytit eivät kulu reaktioissa, mikä mahdollistaa niiden uusiokäytön.
 Tuotteiden hajoaminen elinkaaren lopussa: Kemikaalit suunnitellaan siten, että ne hajoavat vaarattomiksi yhdisteiksi käytön jälkeen, eivätkä kerry ympäristöön.
 Reaaliaikaiset analyysit: Prosesseja seurataan ja ohjataan reaaliaikaisesti, jotta saastuttavia sivutuotteita syntyy mahdollisimman vähän tai ei laisinkaan.
 Onnettomuuksien välttäminen esimerkiksi oikeilla kemikaalivalinnoilla: Kemikaalit ja niiden olomuodot suunnitellaan siten, että niiden aiheuttama onnettomuusriski on mahdollisimman pieni. Kemikaalien käsittelyyn liittyviä onnettomuuksia ovat esimerkiksi räjähdykset, tulipalot, ympäristövahingot tai ihmisille aiheutuvat onnettomuudet kuten kemikaalin hengittäminen tai roiskuminen iholle tai silmiin.

Historia 

Terminä vihreä kemia on saanut alkunsa 1990-luvulla. Paul Anastas ja John Warner muotoilivat 12 vihreän kemian periaatetta vuonna 1998. Termi on muotoutunut ympäristöystävällisyyden ja kestävyyden näkökulmista kemiaan, etenkin kemian saasteiden ja luonnonvarojen ehtymisen kannalta. Termin juuret ovat Yhdysvaltojen lainsäädännössä, jossa vuonna 1990 säädettiin asetus saasteiden ennaltaehkäisemisestä, Pollution Prevention Act (PPA). Vihreä kemia pyrkii samoihin tavoitteisiin kuin PPA-asetus. Termin käyttö on vakiintunut 1990-luvun loppupuolelta eteenpäin.

Trendit 

Vihreä kemia on syntynyt tarpeesta tunnistaa ja ymmärtää kemiallisten prosessien aiheuttamia uhkia ihmisten terveydelle ja ympäristön tilalle. Uhkien tunnistamisen jälkeen voidaan siirtyä suunnittelemaan ja kehittämään ratkaisuja nykyisiin ongelmiin sekä jo aiemmin aiheutettuihin vahinkoihin. Vihreän kemian sovelluksia tarvitaan esimerkiksi etsiessä ratkaisuja merien ja ilmakehän saastumiselle, kasvihuoneilmiön hillitsemiselle sekä kestävämmän energiatuotannon kehittämiselle.  Samalla tavoitellaan myös mahdollisimman kustannustehokkaita prosesseja sekä kemikaalien turvallisia käsittelykäytänteitä.  Käynnissä on useita eri hankkeita erilaisten ongelmien ratkaisemiseksi.

Esimerkkejä

Vihreät liuottimet 

Useat käytössä olevat perinteiset liuottimet, kuten eetteri, asetoni tai tolueeni, ovat myrkyllisiä ja räjähdysherkkiä, minkä takia niiden käsittelyssä on huomioitava ihmisten ja ympäristön turvallisuus. Liuottimia käytetään eniten maaleissa ja pinnoitteissa sekä pienemmissä määrin esimerkiksi siivousaineissa sekä liimoissa. Suurin osa kehitystyöstä on keskittynyt prosessien muokkaamiseen, jotta ne käyttävät vähemmän liuottimia, mutta myös vihreitä liuottimia on kehitetty.  Vihreä liuotin on ideaalitilanteessa valmistettu uusiutuvista raaka-aineista, ja se hajoaa luonnossa vaarattomiksi yhdisteiksi.  Myös vihreiden liuottimien eri elinkaarivaiheiden ympäristövaikutukset on kuitenkin huomioitava niiden käyttöä suunniteltaessa. Huolimaton suunnittelu voi johtaa liuottimien liialliseen käyttöön sekä uusiokäyttöpotentiaalin hyödyntämättä jättämiseen, ja näin ollen turhan jätteen syntymiseen ja tuotannon hiilijalanjäljen kasvamiseen.  Vihreille liuottimille ei ole luotu selkeää määritelmää tai kriteeristöä, mikä tekee ympäristöystävällisimmän liuottimen löytämisestä tulkinnanvaraista. Käytännössä vihreä liuotin voidaan määritellä liuottimena, jonka avulla tuotetulla tuotteella tai prosessilla on mahdollisimman pieni vaikutus ympäristöön.  Esimerkkejä vihreistä liuottimista ovat esimerkiksi metanoli ja etanoli.

Biopolymeerit 

Monet esimerkiksi kuluttajamarkkinoilla olevat tuotteet sisältävät muovia, joka on synteettisesti valmistettu polymeeri. Muovit koostuvat rakenteeltaan lukuisista monomeereistä, joka saa aikaan niille tyypillisen kestävän ja kovan rakenteen. Tämä kuitenkin johtaa siihen, että kun muovituotteet ovat elinkaarensa päässä ja niistä tulee jätettä, ne jäävät ympäristöön määrittelemättömän pitkäksi ajaksi. Ympäristössä ne kuluvat ja rikkoutuvat mm. mikromuoviksi sekä vapauttavat ympäristöön myrkyllisiä aineita. 
Ratkaisuna perinteisen öljypohjaisen muovin haitallisiin vaikutuksiin ympäristölle on esitetty biopolymeerejä. Biopolymeerit ovat polymeerejä, jotka on tuotettu ainakin osittain uusiutuvista raaka-aineista. Biopolymeerejä ovat esimerkiksi tärkkelys, selluloosa sekä proteiinit. Biopolymeerien avulla on mahdollista tuottaa muovinkaltaisia materiaaleja, jotka ovat kuitenkin biohajoavia ja ympäristöystävällisiä. Nämä materiaalit ovat esimerkki ratkaisusta, jolla voisi korvata perinteiset öljypohjaiset muovit.

Lainsäädäntö EU:ssa 

Vihreän kemian periaatteet näkyvät myös Euroopan unionin lainsäädännössä. Vuonna 2007 EU sääti lain kemikaalien rekisteröintiä, arviointia, säätelyä ja rajoittamista koskien (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals, REACH). Tämä Euroopan unionin säädös vaatii yrityksiltä niiden tuotteiden olevan turvallisia ja turvallisesti käytettävissä. Asetus siirtää vastuun kemikaalien turvallisuudesta ja turvallisesta käsittelystä yrityksille viranomaisten sijasta. Lainsäädännön tarkoituksena on varmistaa korkeantasoinen kemikaaliturvallisuus niin ihmisille kuin ympäristölle sekä mahdollistaa vapaa kaupankäynti jäsenmaiden välillä. 

Euroopan kemikaalivirasto ECHA edistää kemikaalien turvallista käyttöä. Se panee täytäntöön EU:n kemikaalilainsäädäntöä, jonka tarkoitus on edistää ihmisten ja ympäristön turvallisuutta. Euroopan komissio hyväksyi kestävyyttä edistävän kemikaalistrategian vuonna 2020. Strategia on osa EU:n nollapäästötavoitetta ja sen keskeisimpinä tavoitteina on ympäristön ja ihmisten suojelun lisäksi edistää entistä turvallisempien ja kestävämpien kemikaalien käyttöä ja innovointia.

Vihreään kemiaan siirtymisen haasteet 

Vihreään kemiaan siirtyminen ei ole yksinkertaista ja mutkatonta, sillä sen toimeenpano on osoittautunut haasteelliseksi mm. poliittisista ja taloudellisista syistä. Vihreään kemiaan siirtymisen haasteet on karkeasti jaettu kuuteen luokkaan: 
 Taloudelliset: Uusien vihreän kemian mukaisten tuotteiden tulisi olla nykyisiä tuotteita kannattavampia, jotta yritys olisi valmis muuttamaan toimintatapojaan. Uusien tuotteiden pitkäaikeinen tuotto-odotus on yleensä epävarmaa. Tämän tulisi olla kuitenkin tarpeeksi potentiaalinen, jotta tuotto-odotus ylittää esimerkiksi vaadittavat investointikustannukset.
 Säädöksiin liittyvät: Sillä yritykset toimivat pitkälti globaaleilla markkinoilla, niiden tulee noudattaa kaikkien toimialueellaan olevien valtioiden määräyksiä ja säädöksiä. Lupakäsittelyt vievät aikaa ja kustannuksia yritykseltä. Yritysten resurssit kohdistuvat pakollisten säädöksien noudattamiseen ja ovat pois tarvittavasta kehitys- ja tutkimustyöstä.
 Tekniset: Tiede vihreän kemian taustalla on usein kompleksista ja moniulotteista. Monista reaktioista ja prosesseista ei nykytiedon valossa ole tiedossa vihreämpiä vaihtoehtoja. Haasteita asettaa se, että olemassa oleva tieteellinen tieto on haastavasti saavutettavissa sekä uuden tiedon levittäminen koko alan laajuisesti on monimutkaista. Kemistien ja insinöörien koulutus ei ole usein tarpeeksi poikkitieteellistä ja laaja-alaista vihreän kemian tutkimusta varten sen kompleksisuuden vuoksi.
 Organisatoriset: Organisaation eri yksikköjen erilaiset tavoitteet ja intressit eivät välttämättä tue siirtymää vihreän kemian mukaisiin periaatteisiin. Vaikka vaikutukset koko yrityksen tasolla voisivat olla hyödyllisiä, vihreän kemian implementoiminen voi vaikuttaa joidenkin yksiköiden toimintaan negatiivisesti. Tämä voi aiheuttaa vastarintaa muutokselle.
 Kulttuuriset: Haasteena on, että vihreän kemian periaatteista ei ole tarpeeksi laajalti ja globaalisti tietoa koko kemian alalla tai kuluttajien joukossa. Osittain vihreä kemia voidaan tulkita viherpesuksi, joka heikentää termin uskottavuutta. Lisäksi termi ”vihreä” voi lisätä negatiivisia konnotaatioita ja vihreän kemian voidaan ajatella olevan kalliimpaa, laadutonta tai ei lukeutuvan oikeaksi tieteeksi.
 Määritelmiin ja mittareihin liittyvät:  Terminä vihreä kemia on nuori. Siispä termin määritelmä ei ole vielä vakiintunut ja joskus on haasteellista määritellä, mikä lasketaan vihreäksi kemiaksi. Lisäksi konseptiin liittyviä mittareita ja mittaristoja ei ole vielä yhtenäistetty.

Lähteet

Aiheesta muualla 
Royal Society of Chemistry: Green Chemistry julkaisun kotisivu 

Ympäristökemia