Hóa học Xanh - Phòng Ngừa Ô Nhiễm:
Chiến Lược Tối Ưu Cho Sự Phát Triển Toàn Cầu
Trong vòng hai thập niên trở lại đây, ở các quốc gia hậu kỹ nghệ, phong trào Hóa học Xanh (Green Chemistry) đã được các nhà khoa học đưa lên hàng đầu trong việc giải quyết ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Mục tiêu nầy do Hội Đồng LHQ về Môi sinh và Phát triển đề ra qua Nghị trình 21 là:
- Tạo dựng tăng trưởng kỹ nghệ;
- Cân bằng môi sinh;
- Và Tiến bộ xã hội.
Đây là ba nguyên lý căn bản để có thể xây dựng được một sự phát triển bền vững cho toàn cầu. Một trong những biện pháp để tiến tới mục tiêu trên là làm thế nào để phòng ngừa ô nhiễm. Từ suy nghĩ nầy, phong trào hóa học xanh ngày càng phát triển mạnh và được xem như là một biện pháp hữu hiệu nhất hiện tại để giải quyết các vấn nạn môi trường.
Hóa học Xanh là gì?
Theo EPA Hoa Kỳ, Hóa học xanh được dựa trên một tập hợp các nguyên tắc khi được sử dụng trong việc thiết kế, phát triển hay thực hiện các sản phẩm hóa chất và quy trình, cho phép các nhà làm khoa học vừa bảo vệ môi trường, vừa có lợi cho nền kinh tế, con người và trái đất.
- Hóa học Xanh sử dụng năng lượng tái tạo, vật liệu sinh học phân hủy (bio-degradable).
- Hóa học Xanh sử dụng xúc tác sinh học (biocatalysis) để nâng cao hiệu suất và tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp hoặc môi trường xung quanh.
- Hóa học Xanh là một hệ thống phương pháp đã được chứng minh tính hữu hiệu.
- Hóa học Xanh làm giảm thiểu việc sử dụng các chất độc hại.
- Hóa học Xanh cung cấp một lộ trình chiến lược để xây dựng một tương lai bền vững.
Nỗ lực của EPA nhằm mục đích gia tăng việc áp dụng các kỹ thuật cách mạng và đa dạng để hướng tới những lợi ích về môi trường, sự đổi mới và xây dựng một nền kinh tế tăng trưởng bền vững.
Hóa học Xanh cũng là một phong trào cung cấp và hỗ trợ một diễn đàn duy nhất cho việc xuất bản các nghiên cứu sáng tạo về sự phát triển của công nghệ thay thế bền vững.
Phạm vi của Hóa học Xanh dựa vào, nhưng không giới hạn vào định nghĩa của Anastas và Warner (Green Chemistry: Theory and Practice, P. T. Anastas and J. C. Warner, Oxford University Press, Oxford, 1998) gợi ý. Hóa học xanh là việc áp dụng một tập hợp các nguyên tắc để làm giảm hoặc loại bỏ việc sử dụng hoặc tạo ra chất độc hại trong các quy trình thiết kế, sản xuất và ứng dụng các sản phẩm hóa chất.
Hóa học Xanh nằm trên biên giới của nhiều lãnh vực khoa học khác nhau và xuất bản các nghiên cứu nhằm cố gắng để giảm thiểu tác động môi trường của các công ty hóa chất bằng cách phát triển công nghệ căn bản không độc hại cho sinh vật sống và môi trường.
Thuật ngữ "hóa học xanh", còn được gọi là hóa học sạch hoặc hóa học "hiền" (benign) và bền vững, đề cập đến việc thiết kế các hóa chất và xây dựng các quy trình để giảm thiểu rủi ro cho con người và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Mục tiêu của giải pháp hóa học xanh là để làm giảm bớt hoặc loại bỏ các tác động có hại của các hóa chất trong cuộc sống bán hủy (half-life) của chúng.
Những hướng dẫn cốt lõi liên quan đến hóa học xanh được nêu trong "Mười hai Nguyên tắc trong Hóa học Xanh" (Twelve Principles of Green Chemistry) của Cơ quan Bảo vệ Môi trường (USEPA), dùng làm căn bản cho việc sáng tạo và thực hiện các hóa chất và quá trình sản xuất.
Lịch sử của hóa học xanh
Dấu vết nguyên thủy của hóa học xanh có thể kể đến từ nhiều thập kỷ của thế kỷ 20 liên quan đến các nhà hoạt động môi trường có ảnh hưởng lớn, chẳng hạn như Rachel Carson. Vào năm 1962, Cô công bố trên báo cáo:"Sức bật thầm lặng" (Silent Spring) đã thay đổi nhận thức của công chúng đối với thuốc trừ sâu rầy và các mối liên quan của chúng đối với việc ô nhiễm môi trường.
Và tám năm sau đó, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA) đã được thành lập vào năm 1970. Các tài liệu tham khảo EPA vẫn còn tồn đọng lại tên tuổi của Rachel Carson, người được coi là một nhà sáng tạo hàng đầu về bảo vệ môi trường, một nguyên nhân tiên khởi mở đường cho hóa học xanh trong các ứng dụng thực tế.
Nói về rủi ro hóa chất, các chuyên gia cho rằng một trong những bước đầu tiên hướng tới thực hành hóa học xanh là lượng giá các dữ liệu và sự kiện không bền vững trong công nghệ hóa chất, và làm việc với các nhà sản xuất hoặc các nhà phát minh, sáng chế để thay thế bằng vật liệu an toàn hơn và bền vững hơn.
Một số rủi ro chính để lượng giá bao gồm: thuốc trừ sâu rầy được sản xuất cho nông nghiệp, việc phát thải các chất độc hại trong quá trình sản xuất và trong các sản phẩm, và lượng khí thải trong nhà và ngoài không khí…từ đó nguy cơ đe dọa cho sức khỏe con người và phẩm chất không khí sẽ được đề cập đến cũng như việc truy tìm giải pháp giải quyết vấn đề.
Cuộc hành trình của Hóa học Xanh
Hàng năm có rất nhiều Hội nghị ở cấp quốc gia và quốc tế về vấn đề trên qua những chương trình kỹ thuật, nhất là ở các đại hội của Hội Hóa học Hoa Kỳ (American Chemical Society – ACS). Nhiều tạp chí khoa học khác đều có những ấn bản đặc biệt liên quan đến Hóa học Xanh như tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Hạch toán Hóa học (Scientific Research & Accounts of Chemical). Riêng tại Anh Quốc, Hội Hoá học Hoàng gia đã phát hành tạp chí Hóa học Xanh từ năm 2000.
Một số viện đại học trên thế giới cũng đã thành lập phân khoa riêng cho môn Hóa học Xanh nầy. Viện Hóa học Xanh thuộc Hội Hóa học Hoa Kỳ đã đóng góp rất nhiều khóa huấn luyện cho sinh viên và các nhà nghiên cứu khắp nơi trên thế giới. Và công nghệ Hóa học Xanh đã ra đời cũng như đã được xem như là một công nghệ chiến lược cho phát triển bền vững toàn cầu.
Hiện tại, trên thế giới đã có nhiều Viện hay Trung tâm nghiên cứu đã được thành lập ở Anh Quốc, Ý, Nhật Bản, Hoa Kỳ, và Úc Châu. Có thể nói hầu hết các nhà hóa học trên thế giới đều được biết qua thông tin về Hóa học Xanh ngày nay.
Hóa học Xanh hay Hóa học Bền vững
Hóa học Xanh còn được gọi là Hóa học Bền vững đã được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) đề xướng lần đầu tiên với mục đích để phòng ngừa ô nhiễm nhằm truy tìm những biện pháp giải quyết, sáng kiến kỹ thuật tối ưu hơn là đặt trọng tâm vào việc quản lý và thanh lọc các chất thải rắn, lỏng, và khí từ kỹ nghệ.
Trên 12 nguyên tắc căn bản để thực hiện công nghệ hóa học bền vững, công nghệ sinh học và siêu vi (nano) là hai công nghệ được áp dụng nhiều nhất trong các quy trình sản xuất và chế biến hóa chất. Điểm đặc sắc của hai công nghệ nầy là làm cho môi trường rất ít hay không bị ô nhiễm.
Vấn đề cấp bách được đặt ra là làm thế nào để cho tất cả các quốc gia trên thế giới được cập nhật thông tin và áp dụng những công nghê vừa mới được khám phá gần đây nhứt.
Nếu không, cuộc cách mạng xanh chỉ có thể xảy ra ở những quốc gia hậu kỹ nghệ và vấn nạn ô nhiểm toàn cầu vẫn chưa được giải quyết đúng đắn.
Trong kỳ Hội nghị Thượng đỉnh LHQ về Phát triển Bền vững tại Johannesburg năm 2002, GS Jurgen Metzger thuộc đại học Oldenburg (Đức) có nêu lên những tiến bộ của thế giới trong việc ứng dụng Nghị trình 21 vào chính quốc như việc xử dụng hóa chất an toàn cũng như lưu tâm nhiều đến sức khỏe của con người và môi trường. Đây chính là một đóng góp lớn của các công ty sản xuất hóa chất trên thế giới. Công ty Dow Chemical (Hoa Kỳ) là một công ty sản xuất hóa chất lớn nhất thế giới đã giảm được sự thải hồi thán khí (CO2) trong các quy trình sản xuất từ 28,1 triệu tấn cho năm 1994 xuống còn 26,1 triệu tấn năm 2002, mặc dù mức sản xuất đã tăng 20% trong giai đoạn nầy.
Sau cùng GS Metzger đã đề nghị giảm bớt 25% việc sử dụng năng lượng trong các công nghệ sản xuất hóa chất toàn cầu trong năm 2020 so với mức tiêu thụ năng lượng ở năm 2002. Và Ông cũng đã tiên liệu sẽ có 25% hóa chất hữu cơ sẽ được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu tái sinh vào năm 2020 tới đây.
Tuy nhiên, Ông cũng đưa ra một nghi vấn là sẽ rất khó để cho toàn thế giới áp dụng các kỷ năng mới nầy cũng như "sự ù lì" của một số đại công ty vẫn còn muốn đi theo lề lối cũ trong kỹ nghệ như xử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch để sản xuất ra sản phẩm hóa học khác hơn là áp dụng nguồn nguyên liệu tái sinh. Và cũng vì vậy mà nguy cơ của sự hâm nóng toàn cầu tiếp tục tăng trưởng cho dù Thượng đỉnh COP21 ở Paris đã đưa ra nhiều cảnh báo và để nghị phương hướng giải quyết cho toàn cầu cho đến năm 2100!
1- Chất dẽo tổng hợp từ thực vật
Một trong những việc làm đáng ca ngợi của công ty Cargill Dow thuộc nhóm Nature Works là đã thành công trong việc sản xuất chất dẽo (plastic) từ trái bắp. Có thể nói đây là một cuộc cách mạng xanh lớn nhất vào đầu thế kỷ 21 nầy. Polylactic acid hay PLA là một loại chất dẽo thực vật có được từ việc tổng hợp đường dextrose trong trái bắp. Phát minh nầy đã được giải thưởng Presidential Green Chemistry Challenge năm 2002. Loại plastic "bắp" nầy có thể áp dụng trong các kỹ nghệ như quần áo, khăn, thảm, bao bì cho thực phẩm và nhiều ứng dụng khác trong nông nghiệp. Cũng theo Cargill Dow thì việc sản xuất chất dẽo trong điều kiện trên sẽ giảm thiểu được 20 đến 50% năng lượng xử dụng so với việc sản xuất theo quy trình sản xuất chất dẽo hiện tại.
Công ty nầy hiện ở Blair, Nebraska đã bắt đầu sản xuất 140.000 tấn/năm từ năm 2002 và dự kiến tăng lên 1.000.000 tấn vào năm 2016.
EPA Hoa Kỳ đã tổng kết tất cả các thành quả của Hóa học Xanh tại nước nầy từ năm 1996 đến 2002, là trung bình hàng năm, Hoa Kỳ đã:
· Loại bỏ 800.000 tấn hóa chất trong đó có Chlorofluorocarbon (CFC)(Chất làm vỡ từng ozone của bầu khí quyển), hợp chất hữu cơ nhẹ, độc hại và không bị sinh thoái hóa;
· Giảm 650 triệu gallon dung môi hữu cơ;
· Giảm 138 tỷ gallon nước dùng trong việc sản xuất các kỹ nghệ dệt, phim ảnh, chất bán dẫn;
· Giảm được 90.000 tỷ đơn vị năng lượng tiêu thụ BTU và 430.000 tấn thán khí (CO2) thải hồi vào không khí;
· Giải quyết được 19 triệu tấn phế thải độc hại đã được thanh lọc hay tái sinh.
2- Cản ngại trong việc chuyển đổi quy trình sạch
Đứng trên căn bản lợi nhuận, việc chuyển đổi các quy trình cổ điển qua quy trình sạch thích hợp với tiến trình toàn cầu hóa là một việc không dễ dàng. Vì thế, tính cách "bảo thủ trong sản xuất" là một trong những cản ngại căn bản cho việc chuyển đổi nầy.
Lấy một thí dụ trong kỹ nghệ dược phẩm. Theo ước tính, nếu một công ty trong kỹ nghệ đã nghiên cứu thành công dây chuyền sản xuất sạch, thì trong giai đoạn chuyển tiếp, công ty có thể bị gián đoạn hay giảm 50% sản xuất. Từ đó, việc mất mức lợi nhuận sẽ phải trả là những con số đáng kể mà khó có công ty nào chấp nhận hy sinh như vậy được.
Do đó, để giảm bớt tính bảo thủ trên, các công ty, ngoài việc nghiên cứu quy trình sạch, cần phải thực hiện song hành với việc nghiên cứu tài chính và thị trường trong công cuộc chuyển đổi nấy.
3- Những điểm "tối" trong hóa học xanh
Chuyển hóa hóa học hiện tại qua hóa học xanh là một cuộc cách mạng toàn diện, do đó những nhà hóa học và kỹ sư hiện đang gặp phải nhiều khó khăn trong công cuộc chuyển đổi nầy. Lý do là hầu như không có một quy trình dự kiến nào để làm căn bản cho nghiên cứu cả, mà chỉ dựa vào tính sáng tạo cá nhân của những người làm khoa học.
Trên lý thuyết, kinh tế nguyên tử (atom economy) là một nguyên tắc căn bản để thực hiện hóa học xanh đã được GS Burry Trost, đại học Stanford gợi ý vào năm 1991. Dựa theo quan niệm trên, phương pháp tổng hợp nguyên tử sẽ được áp dụng triệt để để hoàn thành sản phẩm sau cùng. Từ đó có thể kiểm soát được lượng "nguyên tử nguyên liệu" và "nguyên tử sản xuất". Theo nguyên tắc nầy, thì trong quá trình sản xuất sản phẩm sẽ không có phụ phẩm (by-product). Thí dụ như trong quá trình cổ điển, việc sản xuất thuốc diệt cỏ 2,4,5-T đả sinh sản ra một phụ phẩm nổi tiếng là Dioxin.
Vấn đề mấu chốt của việc tổng hợp trên là làm thế nào đo lường "nguyên tử nguyên liệu" cho công cuộc tổng hợp. Và đây cũng là một điểm đen trong cuộc cách mạng xanh nầy.
4- Hóa học Xanh ở Việt Nam
Theo sự quan sát và nhận định của một số chuyên gia ở Việt Nam, chúng ta có thể nhận thấy ngay là hiện nay, vẫn còn thiếu vắng trong việc nhận thức về tầm quan trọng cũng như các nhân tố cần thiết để phát triển hóa học xanh trong cộng đồng, cũng như các nhà sản xuất và quản lý sản xuất hầu như chưa sẳn sáng nhập cuộcvào việc ứng dụng hóa học xanh. Việc ứng xử thích hợp của cộng đồng đối với việc phát thải các chất độc hại và gây ô nhiễm còn hời hợt và yếu ớt. Về phần các nhà sản xuất, họ chỉ chú trọng vào khía cạnh lợi nhuận, lơ là khía cạnh ảnh hưởng đến môi trường chung quanh trong khi sản xuất.
Còn một vấn đề cốt lõi khác nữa là nguồn nhân lực trong sản xuất và khả năng sử dụng hóa chất. Đã thiếu về số lượng và kén về phẩm chất, vì thế cho nên việc "hiểu và áp dụng" hóa học xanh ở Việt Nam chỉ có trên …bàn giấy, trong những lời hiệu triệu hay báo cáo lý thuyết, nhưng trên thực tế hoàn toàn …trống vắng!
Những người trực tiếp sản xuất và quản lý sản xuất cũng không được khuyến khích và đầu tư để nâng cao trình độ công nghệ và tích lũy kinh nghiệm thực tế, để có thể đóng góp vào việc cải tiến kỹ thuật.
Kết luận
Mặc dù vẫn còn nhiều trở ngại trong việc chuyển đổi các quy trình sản xuất hóa chất cổ điển ra quy trình sạch, điều không thể chối cải là hóa học xanh hiện nay vẫn là một biện pháp phòng ngừa ô nhiễm hữu hiệu nhất. Tuy nhiên, nhận thức trên vẫn còn nhiều nghi vấn khó mang đến sự đồng thuận cho nhiều nhà khoa học trên thế giới.
Việc khai triển hóa học xanh không chỉ dẫn đến lợi ích cho môi trường, mà còn cho các lợi ích kinh tế và xã hội nữa. Sự kết hợp của ba lợi ích này được gọi là "ba điểm căn bản" trong 12 nguyên lý của hóa học xanh. Mặc dù hóa học xanh không phải là một giải pháp cho tất cả các vấn đề môi trường, nhưng đây là một cách tiếp cận tối ưu để ngăn ngừa ô nhiễm, nhờ đó, con người tránh được sự lãng phí trong sản xuất.
· Phương pháp "Cải thiện sinh-quang học "(Phyto-remediation) là việc kết hợp trực tiếp giữa cây xanh, ánh sáng, và vi sinh vật để đưa đến sự ổn định hoặc làm giảm thiểu ô nhiễm trong đất, bùn, cặn, nước bề mặt, hoặc nước ngầm.. Nó là một công nghệ thay thế có thể được sử dụng song hành cùng với các công nghệ làm sạch hiện nay thường đòi hỏi việc đầu tư vào nguồn vốn cao và tốn nhiều năng lượng.
· Thanh lọc sinh học (Bio-remediation) liên quan đến sự suy thoái của các chất ô nhiễm hữu cơ (như hóa chất, kim loại nặng, dầu) trong đất hoặc nước, do tác động của vi sinh vật được nuôi cấy chọn lọc cho từng loại hóa chất phế thải và có khả năng chuyển hóa các chất gây ô nhiễm trên. Trong một quá trình "sinh tăng trưởng" (Bio-augmentation), những vi sinh vật được đưa vào môi trường bị ô nhiễm thường là một chất lỏng, kết hợp với các chất dinh dưỡng thích hợp để kích thích và thúc đẩy sự tăng trưởng của chúng; để rồi, từ đó, vô số vi sinh vật mới sẽ hấp thu hay hấp thụ các hóa chất phế thải.
Nhưng, câu hỏi được đặt ra là:
Liệu các nguyên liệu đến từ việc chuyển hóa sinh học, hay tái sinh có thể hoàn toàn thay thế được nguyên liệu dầu hỏa hay không?
Thán khí (CO2) và các nguồn khí thải khác có thể được thu hồi và chuyển đổi thành hóa chất mới hay không?
Liệu khinh khí (hydrogen) sẽ là một nguồn năng lượng chính trong tương lai?
Liệu các hóa chất xử dụng trong nông nghiệp và dược phẩm sẽ là những hóa chất có thể dễ bị sinh thoái hóa (bio-degradable) và không còn ảnh hưởng lên môi trường?
Nhiều nhà môi sinh bi quan đã nghi ngờ sự thành công của khái niệm về hóa học xanh và từ đó quy kết là sự phát triển bền vững đúng nghĩa không thể nào thực hiện được và chỉ là mộng tưởng mà thôi.
Ngược lại, những người lạc quan tin tưởng rằng tiến trình phát triển bền vững là một hướng đi, chứ không phải là mục tiêu để đến đích. Và Hóa học Xanh là một cẩm nang căn bản đưa đến việc làm sạch và bảo vệ môi trường.
Nghĩ được như thế, Hóa Học Xanh sẽ là ngón tay chỉ hướng Niết Bàn của Đức Phật Thích Ca trong công cuộc phát triển bền vững toàn cầu.
Mai Thanh Truyết
Hội Khoa học & Kỹ thuật Việt Nam (VAST)
Father's Day 2016
________________________________________
Mai Thanh Truyết
http://maithanhtruyet.blogspot.com/
"The Love of my Country will be the ruling
Influence of my Conduct." - George Washington
________________________________________
Mai Thanh Truyết
http://maithanhtruyet.blogspot.com/
"The Love of my Country will be the ruling
Influence of my Conduct." - George Washington
Posts
