C hư ơ ng 4
G IỚ I THIỆ U C H UNG V È H Ó A HỌ C X AN H
4.1. K hái niệ m H óa họ c xanh
H óa họ c là mộ t ngành khoa họ c có nhiề u đóng góp trong việ c cả i
thiệ n chấ t lư ợ ng cuộ c số ng và hạ nh-phúc củ a con ngư ờ i, đư a ra các giả i
pháp sáng tạ o trong nhiề u lĩnh vự c, như điề u chế thuôc đê điêu trị nhiêu
loạ i bệ nh, phát triể n thuố c bả o vệ thự c vậ t cho cây trồ ng nhằ m cung câp
lư ơ ng thự c cho con ngư ờ i, hoặ c sả n xuấ t vậ t liệ u mớ i đê chê tạ o thiêt bị
phụ c vụ đờ i số ng ngày càng cao cho nhiề u thành phầ n dân cư .
Tuy nhiên, gầ n đây trên các phư ơ ng tiệ n truyề n thông, ở góc độ
xã hộ i, hóa họ c có vẻ như xấ u đi, khi m à hóa chấ t đồ ng nghĩa vớ i mộ t
cái gì đó nguy hiể m , có hạ i hoặ c tiêu cự c. Đ iề u này thư ờ ng dẫ n đế n
việ c phát tán các khía cạ nh tiêu cự c củ a ngành khoa họ c này, chẳ ng
hạ n như độ c tính củ a mộ t số chấ t hoặ c ô nhiễ m do sử dụ ng sai hoặ c xử
lý không đúng cách các hóa chấ t nói chung.
Trư ớ c nhữ ng thách thứ c phát triể n các thói quen tố t về góc độ
môi trư ờ ng và do ý thứ c xã hộ i xuấ t hiệ n vào nhữ ng năm 1990 liên
quan đế n các vấ n đề phát sinh từ việ c sử dụ ng, lư u trữ hoặ c vậ n
chuyể n hóa chấ t, nhu cầ u chuyể n hư ớ ng m ộ t số thự c hành phổ biế n
trong các phòng thí nghiệ m đư ợ c sử dụ ng trong giả ng dạ y, nghiên cứ u
và công nghiệ p đã đư ợ c đặ t ra thờ i bấ y giờ . Để làm cơ sở cho nhữ ng
điề u này, các phư ơ ng pháp tiế p cậ n mớ i để phát triể n các quá trình hóa
họ c, các tài liệ u và sáng kiế n đã xuấ t hiệ n từ m ộ t số tổ chứ c bả o vệ
môi trư ờ ng củ a Mỹ [1].
Thuậ t ngữ "G reen Chem istry - H óa họ c xanh (H H X )” đề cậ p
đế n việ c thiế t kế các sả n phẩ m và quy trình hóa họ c vớ i việ c làm
149
V Õ V IỄ N
giả m hoặ c loạ i bỏ việ c sử dụ ng và sả n xuấ t các chấ t nguy hiể m hoặ c
độ c hạ i. Nó không thể đư ợ c coi như là m ộ t nhánh củ a hóa họ c theo
phân loạ i truyề n thố ng, như H óa phân tích, Hóa lý, H óa họ c vô cơ ,
H óa họ c hữ u cơ và K ỹ thuậ t hóa họ c, m à là m ộ t quy tắ c ứ ng xử để cố
gắ ng giả m tác độ ng m ôi trư ờ ng củ a bấ t kỳ quá trình hóa họ c nào dù
ở quy m ô phòng thí nghiệ m hay quy mô công nghiệ p. Từ đồ ng nghĩa
củ a HH X là H óa họ c bề n vữ ng hoặ c H óa họ c ít tác độ ng đế n m ôi
trư ờ ng [1],
Các lĩnh vự c chính củ a HHX có thể đư ợ c tóm tắ t bằ ng nhữ ng
điể m sau:
- Sử dụ ng các giả i pháp thay thế cho các nguyên liệ u hiệ n hành,
ít độ c hạ i hơ n và vớ i các quy trình sả n xuấ t, ít gây tác độ ng đế n môi
trư ờ ng hơ n so vớ i các quy trình hiệ n tạ i, chủ yế u dự a trên các nguyên
liệ u có khả năng tái sinh.
- Phát triể n các hóa chấ t an toàn để thay thế các hóa chấ t độ c hạ i
hoặ c nguy hiể m đang đư ợ c sử dụ ng. Giả m chấ t thả i sinh ra trong bấ t
kỳ quá trình chuẩ n bị hoặ c điề u chế hóa chấ t nào.
- Vậ t liệ u nên đư ợ c chuẩ n bị bằ ng các quy trình cả i tiế n để giả m
các tác độ ng không mong m uố n đế n môi trư ờ ng.
- Thay thế các dung m ôi, thuố c thử nguy hiể m bằ ng nhữ ng dung
môi khác ít rủ i ro hơ n khi sử dụ ng và xử lý.
- Phát triể n các điề u kiệ n phả n ứ ng thay thế so vớ i các điề u kiệ n
hiệ n tạ i, để tiêu thụ ít năng lư ợ ng hơ n, rút ngắ n thờ i gian phả n ứ ng và
đơ n giả n hóa việ c phân lậ p và tinh chế các sả n phẩ m cuố i cùng.
- Giả m chi phí bằ ng cách loạ i bỏ bấ t kỳ thao tác nào không cầ n
thiế t và giả m thờ i gian đầ u tư vào việ c điề u chế m ộ t chấ t.
- K huyế n khích tấ t cả các hành độ ng cầ n thiế t để sử dụ ng hóa
chấ t tư ơ ng thích vớ i phát triể n bề n vữ ng.
150
G IÁ O T R ÌN H V Ậ T L IỆ U N A N O V Ả H Ỏ A H Ọ C X A N H
Kể từ khi H H X ra đờ i, sự phát triể n theo cấ p số nhân về các loạ i
ấ n phẩ m khoa họ c đã xả y ra, dẫ n đế n rấ t nhiề u tạ p chí, sách và chuyên
khả o chuyên về chủ đề này cũng như nhiề u m ạ ng lư ớ i và tô chứ c khoa
họ c quan tâm. Hom nữ a, các nguyên tắ c củ a H H X đã đư ợ c đư a vào
chư ơ ng trình giả ng dạ y củ a các nhà hóa họ c và kỹ sư hóa họ c như là
m ộ t phầ n củ a các m ôn họ c trong nghiên cứ u đạ i họ c cũng như các
khóa họ c cụ thể , nghiên cứ u sau đạ i họ c, v.v. và ngày nay là m ộ t phầ n
quan trọ ng trong việ c đào tạ o các chuyên gia tư ơ ng lai.
4.2. Lị ch sử củ a H óa họ c xanh
Ý tư ở ng về H H X ban đầ u đư ợ c phát triể n như mộ t phả n ứ ng đố i
vớ i Đạ o luậ t N găn ngừ a Ô nhiễ m năm 1990, trong đó tuyên bố rằ ng
chính sách quố c gia củ a Hoa K ỳ nên loạ i bỏ ô nhiễ m bằ ng cách cài
tiế n thiế t kế (bao gồ m các thay đổ i hiệ u quả về chi phí trong sả n
phẩ m, quy trình, sử dụ ng nguyên liệ u thô và tái chế ) thay vì xử lý và
thả i bỏ . M ặ c dù Cơ quan Bả o vệ M ôi trư ờ ng H oa Kỳ (Environm ental
Protection A gency, EPA ) đư ợ c biế t đế n như m ộ t cơ quan quả n lý,
như ng cơ quan này đã bỏ cách tiế p cậ n “ chỉ huy và kiể m soát” trong
việ c thự c hiệ n cái chư ơ ng trình “H óa họ c xanh ” [1],
Đên năm 1991, V ăn phòng Phòng chổ ng Ô nhiễ m và Độ c tố củ a
EPA đã khở i độ ng mộ t chư ơ ng trình tài trợ nghiên cứ u khuyế n khích
thiế t kế lạ i các sả n phẩ m và quy trình hóa chấ t hiệ n có để giả m tác
độ ng đế n sứ c khỏ e con ngư ờ i và môi trư ờ ng. EPA, hợ p tác vớ i Quỹ
K hoa họ c Q uố c gia Hoa Kỳ (National Science Foundation, N SF), sau
đó đã tiế n hành tài trợ cho nghiên cứ u cơ bả n về HHX vào đầ u nhữ ng
năm 1990. Sự ra đờ i củ a Giả i thư ở ng “T hách thứ c Hóa họ c X anh”
hàng năm vào năm 1996 đã thu hút sự chú ý đế n cả nhữ ng câu chuyệ n
thành công vê HH X trong công nghiệ p và họ c thuặ t. Chư ơ ng trình
Giả i thư ờ ng và các công nghệ m à nó nêu bậ t hiệ n là nề n tả ng cùa
chư ơ ng trình giáo dụ c HHX [1],
151
V Õ V IỄ N
Từ giữ a đế n cuố i nhữ ng năm 1990 đã chứ ng kiế n sự gia tăng số
lư ợ ng các cuộ c họ p quố c tế dành cho HHX, chẳ ng hạ n như Hộ i nghị
nghiên cứ u Gordon về HHX, các m ạ ng lư ớ i HHX đư ợ c phát triể n ở
Hoa Kỳ, V ư ơ ng quố c Anh, Tây Ban N ha và Ý. Đ ế n năm 1998, 12
Nguyên tắ c HH X đư ợ c đề xuấ t, cung cấ p cho lĩnh vự c mớ i mộ t bộ
hư ớ ng dẫ n rõ ràng để phát triể n hơ n nữ a. N ăm 1999, Hiệ p hộ i Hóa
họ c Hoàng gia Anh ra m ắ t tạ p chí Hóa họ c X anh củ a mình [1].
Trong nhiề u thậ p kỷ qua, các mạ ng lư ớ i quố c gia đã phát triể n
mạ nh mẽ , các vấ n đề đặ c biệ t dành cho HH X đã xuấ t hiệ n trên các tạ p
chí lớ n và các khái niệ m H H X tiế p tụ c có đư ợ c sứ c hút. M ộ t dấ u hiệ u
rõ ràng về điề u này đã đư ợ c cung cấ p bờ i trích dẫ n giả i Nobel Hóa
họ c năm 2005 đư ợ c trao cho Chauvin, Grubbs và Schrock, khen ngợ i
công việ c củ a họ là “m ộ t bư ớ c tiế n lớ n cho hóa họ c xanh” [ 1].
Phư ơ ng pháp HHX tìm cách thiế t kế lạ i các vậ t liệ u tạ o nên nề n
tả ng củ a xã hộ i và nề n kinh tế củ a chúng ta, bao gồ m các vậ t liệ u tạ o
ra, lư u trữ và vậ n chuyể n năng lư ợ ng theo nhữ ng cách thân thiệ n đố i
vớ i con ngư ờ i và môi trư ờ ng và có tính bề n vữ ng. Các khái niệ m và
thự c tiễ n củ a HHX đã phát triể n trong hơ n 20 năm, thành mộ t nỗ lự c
trên phạ m vi toàn cầ u nhằ m đáp ứ ng tính bề n vữ ng trong hoạ t độ ng
kinh tế , xã hộ i và môi trư ờ ng.
Vớ i phư ơ ng châm “Phòng bệ nh hơ n chữ a bệ nh” là trọ ng tâm củ a
Nguyên tắ c 1 trong 12 Nguyên tắ c củ a HH X, m ộ t bộ hư ớ ng dẫ n thiế t
kế toàn diệ n đã đị nh hư ớ ng cho sự phát triể n củ a HHX trong nhiề u
năm. Chi phí xử lý, xử lý chấ t thả i các hóa chấ t nguy hiể m cao đế n
mứ c nó trở nên cả n trở sự đổ i mớ i: quỹ phả i đư ợ c chuyể n hư ớ ng từ
nghiên cứ u và phát triể n (giả i pháp khoa họ c) sang quả n lý mố i nguy
(thư ờ ng là các giả i pháp chính trị và pháp lý).
Các đánh giá về các vụ tai nạ n hóa chấ t cho thấ y rằ ng trong khi
ngành công nghiệ p hóa chấ t an toàn hơ n các công việ c sả n xuấ t khác
152
G IÁ O T R ÌN H V Ậ T L IỆ U N A N O V Ả H Ỏ A H Ọ C X A N H
và việ c kiể m soát phơ i nhiễ m có thể đư ợ c kiể m soát. Hậ u quả thư ơ ng
tích và tử vong cho ngư ờ i lao độ ng, m à lẽ ra có thể tránh đư ợ c bằ ng
cách làm việ c vớ i hóa chấ t ít độ c hạ i hơ n. Các tác độ ng đố i vớ i sứ c
khỏ e con ngư ờ i và môi trư ờ ng từ việ c phát tán chấ t thả i nguy hạ i cũng
tư ơ ng tự như vậ y.
Trong HH X , phòng ngừ a là cách tiế p cậ n để giả m thiể u rủ i ro:
bằ ng cách giả m thiể u phầ n nguy hiể m củ a phư ơ ng trình, sử dụ ng các
hóa chấ t và quy trình vô hạ i, rủ i ró không thể tăng lên mộ t cách tự
phát thông qua các tình huố ng tai nạ n, đổ tràn hoặ c thả i bỏ .
HHX đã rấ t thành công trong việ c tìm ra các cách giả m thiêu ô
nhiễ m thông qua hiệ u quả tổ ng họ p, xúc tác và cả i tiế n công nghệ
dung m ôi. Các phư ơ ng pháp tổ ng hợ p thay thế đã đư ợ c áp dụ ng để
giả m tiêu thụ năng lư ợ ng trong ngành công nghiệ p hóa chấ t và các
nguồ n nguyên liệ u thô dự a trên các phư ơ ng pháp sinh họ c, điề u mà
làm giả m sự phụ thuộ c củ a chúng ta vào các nguồ n tài nguyên hóa
thạ ch đang cạ n kiệ t.
Trong tư ơ ng lai, nhiề u thách thứ c vẫ n còn ở phía trư ớ c và các
giả i pháp sẽ không chỉ đư ợ c tìm thấ y trong lĩnh vự c hóa họ c mà còn ở
các phầ n giao thoa vớ i kỳ thuậ t, vậ t lý và sinh họ c. N hữ ng phát triể n
mớ i trong độ c chấ t họ c như độ c chấ t họ c dự đoán và độ c tố họ c đang
làm cho nó ngày càng có khả năng phát triể n khái niệ m quan trọ ng
nhấ t trong HHX là thiế t kế . H H X phả i thiế t lậ p m ộ t tậ p hợ p toàn diệ n
các nguyên tắ c thiế t kế và hợ p tác liên ngành để tiế n tớ i việ c xem xét
thư ờ ng xuyên các mố i nguy hạ i, như các đặ c tính phân tử như độ hòa
tan, điể m nóng chày hoặ c màu sắ c. Có thể tóm tắ t lị ch sử HH X là dấ u
ấ n sự sáng tạ o và thành tụ m phi thư ờ ng trong việ c đạ t đư ợ c mụ c tiêu
kép là họ p nhât hiệ u quả kinh tế và m ôi trư ờ ng. Đ iề u này nói chung đã
đư ợ c thự c hiệ n thông qua các chiế n lư ợ c là cả i thiệ n m ộ t yế u tố hoặ c
đặ c tính quan trọ ng đặ c biệ t, như độ c tính, độ bề n hoặ c tiêu thụ năng
lư ợ ng. Mộ t thự c tế đang bắ t đầ u dư ợ c hiệ n thự c hóa và cầ n phả i đư ợ c
153