Quimica verde

1. JoséA. Mayoral Zaragoza, 19 de Mayo de 2008
Química Verde,
una apuesta estratégica de futuro

2. GREEN CHEMISTRY
JosJos
éé
Antonio Mayoral Antonio Mayoral
Departamento Departamento
de de
QuQu
íí
micamica
OrgOrg
áá
nicanica
Instituto Instituto
de de
Ciencia Ciencia
de de
Materiales Materiales
de de
AragArag
óó
nn
Instituto Instituto
Universitario Universitario
de de
CatCat
áá
lisis lisis
Homog Homog
éé
neanea
Universidad de Zaragoza Universidad de Zaragoza
––
C.S.I.C. C.S.I.C.

3. GREEN CHEMISTRY GREEN CHEMISTRY
UNAAPUESTA
ESTRATÉGICA DE FUTURO
IbercajaZentrum
Mayo 2008

4. ¿De dóndeprocedela leche
desnatada?GREEN CHEMISTRY

5. La Química estáen todas
partes

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

7. ¿¿QuQuééhace la qu hace la quíímica por nosotros? mica por nosotros?

8. “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.

9. La Química, motor de la innovación
28.600 millones. €Turn-over debidoa lasinnovacionesquímicas.
E&E = Electric & Electronic E&E = Electric & Electronic
Industria IndustriaQuQuíímica mica
Salud Salud
Consumidor Consumidor
Automovil Automovil
Packaging Packaging
Agriculture Agriculture
Construction Construction
E&E* E&E*
Textile Textile
Paper PaperWood/Furniture Wood/Furniture Detergents Detergents
Engineering Engineering
Printing Printing
Leather/Shoe Leather/Shoe
Nutrition Nutrition
Others Others
Fuente: Zentrum für Europäische Wirtschaftforschung GmbH, INNOVATIONSMOTOR CHEMIE Ausstrahlung
von Chemie-Innovationen auf andere Branchen, Feb. 2003.

10. ¿¿QuQuéé““hace hace””la qu la quíímica por nosotros? mica por nosotros?

11. ALGUNOS DE LOS
INCIDENTESDEL PASADO HAN SIDO BIEN
PUBLICITADOS
•El rioCuyahoga en Ohio
estabatan contaminado
queardióde modo
espontáneo.
•El accidentede Bhopal,
India, liberóisocianatode
metilo. Murieroncercade
4.000 personas.

12. ALGUNOS DE LOS
INCIDENTESDEL PASADO HAN SIDO
BIEN PUBLICITADOS
•Un vertidoaccidental de dioxinasy otros
productosen Seveso, Italia, en 1.976
causóla muertede muchosanimalesde
granjay problemasde saluda personas

13. Efectos de la contaminaci Efectos de la contaminaci
óó
n n
ququ
íí
micamica
ƒƒ
Efecto invernadero: Efecto invernadero: sustancias que absorben
radiación infrarroja (CO2, CH4, CFCs, haluros de
alquilo)
ƒƒ
Acidificaci Acidi
f
icació
ó
n: n: lluvia ácida (SOx, NOx, ácidos
orgánicos)
ƒƒ
Destrucci Destrucció
ó
n de ozono estratosf n de ozono estratosf
éé
rico: rico:
gases ligeros
que sufren reacciones radicalarias (CFCs, haluros
de alquilo)
ƒƒ
Niebla urbana ( Niebla urbana (smog smog):): vapores de sustancias
orgánicas, como hidrocarburos (combustión
parcial) y otros COVs (disolventes)
ƒƒ
Eutrofizaci Eutrofizació
ó
n:n:
crecimiento excesivo de bacterias y
plantas en medios acuáticos (fertilizantes y otras
sales)
ƒƒ
Toxicidad: Toxicidad: respecto a humanos o a especies
animales o vegetales de un cierto entorno
(ecotoxicidad)

14. La percepci La percepcióón social de la qu n social de la quíímica mica
0
10
20
30
40
50
60
198019902000
Año
Porcentaje de la población
Desfavorable Favorable

15. Preocupaci Preocupacióón social y normativa n social y normativa
Substancia
Efecto ambiental
Normativa
Año
CFCs CCl
4
, CH
3
Cl, CHCl
3
, halones,
HBFCs
Destrucción del ozono
estratosférico
Protocolo de Montreal
1987
Combustibles fósiles
ƒEfecto invernadero
ƒCalentamiento global
Protocolo de Kyoto
1997
Sustancias
tóxicas/peligrosas
ƒContaminación acuíferos
Directiva marco 2000/60/CE
2000
Polucionantes
orgánicos persistentes
ƒBioacumulación
ƒToxicidad
ƒPersistencia
Programa UNEP
Convención de Estocolmo
1997
Disolventes
ƒEmisión de COV
ƒFormación de ozono
troposférico
ƒSalud ocupacional
Directivas 99/13/CE, 2001/81/CE
Programa CAFE
REACH
1999

17. “ Chemistry has an important role to
play in achieving a sustainable
civilization on earth.”
— Dr. Terry Collins, Professor of Chemistry
Carnegie Mellon University

18. EN UNA CIVILIZACIÓN
SOSTENIBLE
•Las tecnologíaspara
producirbienesde consumo
no debendañarel
medioambienteo la salud
•Es preferibleusarmaterias
primasrenovablesquelas
meteriasfósiles, de
duraciónlimitada

19. Concepto de biorefinería

20. EN UNA CIVILIZACIÓN
SOSTENIBLE
•Al fin de suusolosmaterialeshande
biodegradarse, en casocontrario
debenreciclarse. •Desarrollandoproductosqueno dañan la saludniel medioambiente.

21. EN UNA CIVLIZACIÓN
SOSTENIBLE
•Los procesosde fabricaciónhande
diseñarseparano producir
residuos.
–O –
•Ls residuoshande ser biodegradableso hande reciclarse.

22. ¿¿QuQuéése ha hecho hasta ahora al respecto? se ha hecho hasta ahora al respecto?
Dimensiones del Dimensiones del proceso qu proceso qu
íí
mico mico
industrial industrial
QuQu
íí
micamica
Econom Economííaa
Ingenier Ingenier
íí
aa
Tecnolog Tecnologíía a
paliativa paliativa
••Neutralizaciones Neutralizaciones
••Plantas de tratamiento Plantas de tratamiento
••Plantas de recuperaci Plantas de recuperacióónn
••Lagunas de aireaci Lagunas de aireacióónn
••Destrucci Destruccióón de residuos n de residuos
Peligro = (Riesgo Peligro = (Riesgo
XX
Exposici Exposicióón)n)

23. Peligro = (Riesgo Peligro = (Riesgo
XX
Exposici Exposicióónn
))

24. ¿¿QuQuéése propone como alternativa? se propone como alternativa?
Dimensiones del Dimensiones del proceso qu proceso qu
íí
mico mico
industrial industrial
QuQu
íí
micamica
Econom Economííaa
Ingenier Ingenier
íí
aa
Introducci Introducci
óó
n de cambios en n de cambios en
la Qu la Qu
íí
mica del proceso mica del proceso

25. ¿¿QuQuéése propone como alternativa? se propone como alternativa?
Dimensiones del Dimensiones del proceso qu proceso qu
íí
mico mico
industrial industrial
QuQu
íí
micamica
Econom Economííaa
Ingenier Ingenier
íí
aa
QuQuíímica mica
Sostenible Sostenible
Peligro = ( Peligro = (
Riesgo Riesgo
XX
Exposici Exposicióón)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 Curativa Medicina Curativa

26. THE POLLUTION
PREVENTIONACT OF 1990
•Es unaleyde losEEUU que
favoreceel desarrollode
procesosqueno producen
residuos, la aproximaciónde
la QuímicaVerde.

27. PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA
VERDE
Prevención de los vertidos
Economía atómica Síntesis químicas menos peligrosas Diseño de compuestos químicos más seguros Disolventes y auxiliares más seguros Diseños para mejor eficiencia energética Uso de fuentes renovables Reducción de derivatización en la síntesis
Catálisis Diseño para la degradación Análisis en tiempo real para evitar la polución
Química más segura para la prevención de accidentes

28. QUÍMICA VERDE SIGNIFICA
•Prevenirla contaminaciónantes
de queaparezca.
•Diseñarprocesosmaseficientes
queminimicenla producciónde
residuosy precisenmenos
energía.
•Diseñarprocesosmasrentables
basadosen la reducciónde costes
de energíay de tratamientode
residuos

29. Acciones de la Qu Acciones de la Quíímica Sostenible en el flujo mica Sostenible en el flujo
de productos qu de productos quíímicos micos
Manufactura Manufactura
QuQuíímica mica
Uso de Uso de
productos y productos y
materiales materiales
Us
o de materias
Us
o de materias
primas
renovables
primas
renovables
Obtenci Obtenci
óó
n n
de materias de materias
primas primas
Eliminaci Eliminaci
óó
nn
DiseDise
ññ
o de o de
produc
tos
produc
tos
biodegradables biodegradables
DiseDise
ññ
o de o de
produc
tos que no
produc
tos que no
dada
ññ
en la salud ni el en la salud ni el
medioambiente medioambiente
DiseDise
ññ
o de procesos o de procesos
industriales m industriales m
áá
s eficientes: s eficientes:
--
Energ Energ
íí
aa
--
Sin usar reactivos Sin usar reactivos
peligrosos o noc
ivos
peligrosos o noc
ivos
--
Que no generen residuos o Que no generen residuos o
que estos sean inocuos que estos sean inocuos

30. EJEMPLOS DE
QUÍMICA VERDE
•Biocombustibles
•Extintores
•Tintorería ecológica
•Polímeros
•Esterilización
•Sintesis verde de viagra
•Biocatálisis
•Disolventes verdes
•Energía

31. Ejemplos de Qu Ejemplos de Quíímica Sostenible: uso de mica Sostenible: uso de
productos qu productos quíímicos micos Reducci Reducci
óó
n de la n de la
contaminaci contaminaci
óó
n n
por PLOMO por PLOMO
Reducci Reducci
óó
n 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
autom autom
óó
viles) viles)
Biocombustibles Biocombustibles
Desarrollo de pigmentos Desarrollo de pigmentos
que contienen calcio, que contienen calcio,
estroncio y bario estroncio y bario

32. Ejemplos de Qu Ejemplos de Quíímica Sostenible: uso de mica Sostenible: uso de
productos qu productos quíímicos micos
Extintores Extintores
““
verdes verdes
””
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).
Pyrocool Pyrocool
utiliza utiliza
surfactantes surfactantes
biodegradables para formar biodegradables para formar
espumas extintoras. espumas extintoras.

33. Ejemplos de Qu Ejemplos de Quíímica Sostenible: uso de mica Sostenible: uso de
productos qu productos quíímicos micos
Limpieza Limpieza
““
en seco en seco
””
Percloroetileno
(perc) es el
disolvente usado para tintorería. Se
sospecha que causa cáncer y que sus residuos contaminan el agua.
El CO El CO
22
supercr supercr
íí
tico, junto tico, junto
con alg con alg
úú
n 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
tintorer tintorer
íí
as.as.

34. Ejemplos de Qu Ejemplos de Quíímica Sostenible: dise mica Sostenible: diseñño de o de
materiales biodegradables materiales biodegradables
ÁÁ
cido cido
polil polil
áá
ctico ctico

35. Ejemplos de Qu Ejemplos de Quíímica Sostenible: uso de mica Sostenible: uso de
productos qu productos quíímicos micos
Esterilizaci Esterilizaci
óó
n de n de
muestras biol muestras biol
óó
gicas o gicas o
implantes m implantes m
éé
dicos dicos
Las dos técnicas usadas
comúnmente, óxido de etileno y
radiación gamma, tienen problemas
de toxicidad o seguridad.
El CO El CO
22
supercr supercr
íí
tico, junto con tico, junto con
algo de algo de
áá
cido cido
perac perac
éé
ti
co
ti
co
y y
agua consigue la esterilizaci agua consigue la esterilizaci
óó
n n
a baja temperatura. a baja temperatura.

36. VIAGRA VERDE
•Sildenafilo, se consumen9 cápsulas
de 50 mg/ seg. Se producían100 l de
residuosporKg, en la actualidadse
producensolo 2 l. El consumode
disolventespasade 125.000 l/añoa
13.500 y se haneliminadolostóxicos.
N
HN
N
N
OEt
O
2
S
N
N
Pr
Me
M
e
O

37. O
O
O
OH
ZANAHORIA
U
N
A

R
E
A
CC
I
Ó
N V
E
R
D
E

38. Uso industrial de disolventes en Europa Uso industrial de disolventes en Europa
Producción de tintas
1%
Procesamiento de
caucho
2%
Producción de fármacos
5%
Producción de
adhesivos
4%
Artes gráficas
13%
Tratamiento de maderas
5%
Recubrimientos
adhesivos
10%
Extracción de aceites
4%
Limpieza en seco
4%
Desengrasado
13%
Pinturas
39%
Ésteres
9%
Halogenados
8%
Aromáticos
21%
Alcanos
9%
Alcoholes
33%
Éteres
14%
Polares apróticos
6%
2.200.000 Tm de disolventes usados en la U.E.
Producción de tintas
1%
Procesamiento de
caucho
2%
Producción de fármacos
5%
Producción de
adhesivos
4%
Artes gráficas
13%
Tratamiento de maderas
5%
Recubrimientos
adhesivos
10%
Extracción de aceites
4%
Limpieza en seco
4%
Desengrasado
13%
Pinturas
39%
hidrocarburos
alcoholesy deriv
clorados
cetonas
glicoles
otros
1987
1992
1997

39. Disolventes alternativos Disolventes alternativos
Agua Agua
Formulac
iones en pinturas y barnic
e
s
Formulac
iones en pinturas y barnic
e
s
sCOsCO
22
Extracciones
de sustancias naturales:
Extracciones
de sustancias naturales:
cafcaf
éé
descafeinado, aceites esenciales descafeinado, aceites esenciales
……
Limpieza en
seco
Limpieza en
seco

40. Disolventes org Disolventes orgáánicos renovables nicos renovables
En 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
BIOMASA BIOMASA BIOMASA
Glicoles y
éteres de glicol
Etanol
Ácido láctico y lactatos
Esteres de ácidos grasos
Terpenos

41. Disolventes org Disolventes orgáánicos renovables nicos renovables
Las “biorefinerías” son capaces de
producir este tipo de disolventes
en grandes cantidades, lo que ya
permite su comercialización a
precios competitivos
Lactato de etilo
Esteres de
aceite de soja

42. Sociedad basada en el petroleo
El crecimiento de las emisiones de CO
2
causa un incremento en el CO
2
atmosféricoasociado con un incremento de la
temperatura global
World Energy World Energy
Demand Demand
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: 30 2050: 30--60 TW (450 60 TW (450--900 900 mbdmbd))

43. Indicadores del cambio climático
FÍSICO-QUÍMICOS

44. 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 ár idas 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)

45. PILAS DE COIMBUSTIBLE E HIDRÓGENO
PROVENIENTE DEL AGUA
2 H
2
O O-O+ 4 H
+
+ 4 e
-
La energía proviene de la
luz solar, aunque no
interaccione directamente
con el H
2
O
hν
4 H
+
+ 4 e
-
2 H
2
2 H
2
O O-O+ 2 H-H
¡¡96% a 96% a partir partirde combustibles de combustibles ffóósiles siles!!

46. Celdas de combustible: H Celdas de combustible: H
22
+ O+ O
22
= H= H
22
OO

47. EN RESUMEN,
LA QUÍMICA VERDE ES
•Científicamenteconsistente,
•Económicamenteeficiente, y
•Conduce haciaunacivilización
sostenible.

49. Los 10 problemas más importantes de la Humanidad en los
próximos 50 años
ƒENERGÍA
ƒAGUA
ƒALIMENTACIÓN
ƒMEDIO AMBIENTE
ƒPOBREZA
ƒTERRORISMO y GUERRA
ƒENFERMEDAD
ƒEDUCACIÓN
ƒDEMOCRACIA
ƒSUPERPOBLACIÓN
2000 6.000 Millones de Personas
2050 8-10.000 Millones de Personas
Fuente: Prof. R.E. Smalley, „Our Energy Challenge “, Columbia University, NYC, 23 September 2003

50. GREEN CHEMISTRY GREEN CHEMISTRY
UNAAPUESTA
ESTRATÉGICA DE FUTURO
IbercajaZentrum
Mayo 2008