Química verde – los retos del lado más verde de la química

Tanto la ciencia como la industria químicas han cultivado -de forma merecida- una mala fama en cuanto al medio ambiente, la contaminación y la salud de los seres vivos (incluyendo humanos). Si recordamos accidentes como el de Seveso en 1976 (con cientos de personas que vieron gravemente afectada su salud) o el de Bophal en 1984 (con un balance de varios  miles de muertos), no ha de extrañarnos que muchas empresas vendan sus productos junto a llamativos eslóganes como “sin productos químicos”, “libre de química” o “hecho con productos naturales” (como si en la naturaleza no hubiera sustancias venenosas…).

Si bien los problemas de contaminación química ya existen desde el Imperio Romano (en este caso por metales pesados, debido a los acueductos hechos de plomo), la problemática cobra una nueva dimensión con el desarrollo de la química orgánica sintética. El problema es que tal disciplina trata con productos orgánicos, que por lo tanto son susceptibles de interferir en el funcionamiento biológico de cualquier ser vivo, y además estos productos orgánicos son en su mayoría ajenos a la naturaleza y la evolución no ha tenido aún ocasión de “probarlos”. Hay que tener en cuenta que antes de la aparición de la química orgánica sintética, todos los productos orgánicos existentes en la tierra provenían de seres vivos, y estaban probados por más de 600 millones de años de evolución. Esto es algo que ahora, con miles nuevos compuestos orgánicos sintetizados cada año de forma artificial no es posible.

La mayoría de compuestos sintetizados a gran escala son orgánicos (400.000.000 toneladas de compuestos orgánicos fueron sintetizadas el 2004, 250.000.000 más que en 1995), y una gran parte son usados de forma masiva en la naturaleza, por ejemplo en forma de pesticidas, lo cual representa un problema grave.

Entre los contaminantes químicos más perjudiciales destacan 12, bautizados como los “12 sucios” o los “12 POP’s” (POP: Persistent Organic Pollutants, contaminante orgánico persistente). La gran mayoría de estos compuestos llevan cloro, y han sido prohibidos en muchos países por ser perjudiciales para la salud, además de persistentes (se conservan a lo largo de la cadena alimentaria). Todos ellos son orgánicos, nueve de los cuales son plaguicidas, dos son famílias de subproductos industriales (dioxinas y furanos), y uno de ellos representa una familia de compuestos industriales (PCB’s).

Todo esto cambió con la entrada en acción de la “química verde”. Surge como respuesta a una creciente concienciación de la ciudadanía occidental acerca de los problemas medioambientales derivados de la industria química, y el consiguiente traslado de estas preocupaciones a la política, que toma medidas al respecto. A base de cumbres internacionales y legislaciones que incorporan medidas contra la contaminación química, se ha ido acotando a lo largo de los años el margen de actuación de las empresas a la hora de producir, tratar y comercializar los productos tóxicos. También hay que reconocer el importante papel que ha jugado la iniciativa voluntaria de muchas empresas (un buen ejemplo es Responsible Care Initiative).

Paul Anastas (por entonces trabajador en la EPA) creó el 1991 el término “química verde”, y lo ha dotado de la popularidad de que goza hoy este término. En su obra más importante, Green Chemistry: Theory and Practice, (publicada junto a John C Warner) define a la química verde como “el aprovechamiento de una serie de principios que reducen o evitan la utilización o la generación de sustancias peligrosas en el diseño, la fabricación y la aplicación de productos químicos”. En este libro se recogen de forma sistemática todas aquellas medidas a las que debería atender la industria química para evitar desastres como los comentados arriba y ser en general más amigable con el medioambiente. Se proponen además 12 principios, conocidos como los “12 principios de la química verde”, que a partir de aquel momento irían ya siempre asociados a las palabras “química verde”, y que actualmente son entendidos como las reglas de oro para la industria química ecológica.

  1. Prevención: es mejor prevenir la contaminación que tratar posteriormente los resíduos.
  2. Rendimiento atómico: los métodos sintéticos deben ser diseñados para maximizar la incorporación al producto final de todas las sustancias usadas en el proceso.
  3. Procesos sintéticos de reducida peligrosidad: siempre que sea posible, los métodos sintéticos deben utilizar y generar sustanticas que tengan la menor toxicidad posible para humanos y medio ambiente.
  4. Diseño de productos químicos inocuos: los productos químicos han de ser diseñados de manera que cumplan su funcionalidad y sean eficientes, a la vez que se minimiza su toxicidad.
  5. Disolventes y sustancias auxiliares inocuos: cuando sea posible hay que evitar o minimizar el uso de sustancias auxiliares (p. ej. disolventes, agentes de separación…), y cuando no lo sea deberán ser inocuos.
  6. Diseño energético eficiente: los requerimientos energéticos de un proceso químico deben ser evaluados de acuerdo a su impacto económico y medioambiental y minimizados. Si es posible, los procesos sintéticos deben ser llevados a cabo a presión y temperatura ambientes.
  7. Uso de materias primeras y recursos naturales renovables: las materias primeras y recursos naturales usados deben ser renovables siempre que sea técnica y económicamente viable.
  8. Reducción de subproductos: siempre que sea posible hay que optar por síntesis lo más directas posibles, ya que cada paso adicional produce más subproductos.
  9. Catálisis: los reactivos catalíticos deben ser lo más selectivos posible y utilizados en lugar de los reactivos estequiométricos.
  10. Diseño de productos degradables: los productos químicos deben ser diseñados de manera que al final de su vida útil no persistan en el medio ambiente y que puedan ser descompuestos en productos inocuos.
  11. Análisis en tiempo real para la prevención de la polución: se han de desarrollar métodos analíticos para monitorizar y controlar en tiempo real y de forma interna al proceso la formación de posibles productos tóxicos.
  12. Química inherentemente segura para prevenir accidentes: las sustancias y la forma en que son usadas en un proceso químico deben ser elegidas con el objetivo de minimizar el riesgo potencial de accidentes químicos, incluyendo fugas, explosiones y  fuego.

En muchos casos, sobre todo en la industria farmacéutica (donde hay un margen de aumento del rendimiento atómico* grande, ya que 1 kg de medicamento normalmente produce de 25 a 100 kg de resíduos), adoptar estas medidas se traduce en un beneficio económico. Pero en otros casos, como por ejemplo en la industria química de los productos a gran escala, ser verde no siempre es más económico, debido a que los procesos ya están  muy optimizados.

Uno de los principales problemas a solucionar es el uso de disolventes orgánicos volátiles (VOC’s), utilitzados como medio de reacción. Dos alternativas viables para sustituirlos como disolventes para reacciones tanto orgánicas como inorgánicas son, en primer lugar, el uso de dióxido de carbono u otras sustancias en estado supercrítico (esto es, un estado de la materia que se consigue a altas temperaturas y presiones, en las cuales la sustancia en cuestión muestra propiedades tanto de gas como de líquido); y en segundo lugar el uso de líquidos iónicos: sales líquidas a temperaturas moderadas e incluso en condiciones ambiente. Alguien observador dirá que el uso de sustancias supercríticas entra en contradicción con el punto 6 de los 12 principios de la química verde. Es cierto, pero habría que ver en cada caso si compensa o no desde un punto de vista medioambiental hacer uso de un disolvente supercrítico; probablemente salga a cuenta si es para sustituir un VOC.

En definitiva, la química verde surge como un nuevo campo de la química totalmente transversal a los demás, es decir cada campo de la química (orgánica, inorgánica…) tiene mucho trabajo por delante para aplicar los 12 principios y desarrollar nuevas rutas sintéticas y nueva instrumentación que reduzcan el impacto ambiental de sus respectivas actividades. No debemos confundir la química verde con un movimiento social; si bien existe el movimiento ecologista (que dispone de sus partidos políticos), como se acaba de decir la química verde es un reciente campo de la química que cada vez cuenta con más soporte por parte de la bibliografía y de la literatura, y que cada vez está más institucionalizado. Hay que añadir también que la química verde no es un campo de trabajo exclusivo para los químicos, sino que es altamente multidisciplinario, al necesitar la ayuda de ingenieros químicos, ingenieros de procesos industriales, ambientólogos, etc.

Para redactar esta entrada he extraído información de una conferencia sobre química verde pronunciada por Jordi Bartrolí Molins en la Universidad Autónoma de Barcelona y del artículo SANDERSON, KATHARINE. It’s not easy being green. Nature, 6 de enero de 2011, vol. 469.

*El rendimiento atómico, también llamado “factor E”, se define como [(peso de los productos deseados)/(peso de todos los productos)]. Es el tanto por uno de producto no deseado; si multiplicamos por 100 obtenomos el porcentaje.

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