Yeşil Kimya Nedir? Çevreyi, Yaşamı ve Sağlığı Korunmak İçin Kimya Yaklaşımlarımızı 12 İlke Çerçevesinde Nasıl Değiştirebiliriz?

Çevre ve doğanın korunması, insanlık için hayati öneme sahiptir. Hayatımızın hemen her yerinde kimyasalları ve kimyasallar sayesinde üretilmiş ürünleri kullanırız. Genellikle "kimyasal" sözcüğünü duyduğumuz zaman pek çoğumuzun aklına doğaya ve insan sağlığına zararlı bileşikler gelir. Ancak hayatta gördüğümüz her şey kimyasal moleküllerden oluştuğundan, esasında bu düşünce yapısı bizleri zararlı ve yararlı kimyasallar arasında doğru ayrımı yapmaktan uzaklaştırmaktadır (bu konuda algılarınızı daha isabetli hâle getirmek için buradaki yazımızı okumanızı öneririz).

Örneğin su, 2 hidrojen ve 1 oksijen atomundan oluşan bir kimyasaldır ve hayat için olmazsa olmaz bir bileşiktir. Ancak 2 hidrojene ek olarak 1 yerine 2 oksijen atomundan meydana gelen hidrojen peroksit, antiseptiklerde ve çamaşır suyu üretiminde kullanılan çok önemli bir ticari kimyasaldır ve tüketilmesi hâlinde hızlı bir şekilde zehirlenmeye neden olabilir. Sadece 1 adet oksijen atomu fazlalığı, suya kıyasla çok daha farklı özelliklere sahip bir kimyasal oluşumuna sebep olmaktadır. Su molekülü çevre, doğa ve yaşam için kilit öneme sahipken, hidrojen peroksit çevreye boşaltıldığında canlılığa kalıcı zararlar verebilir, temas hâlinde ciddi cilt yanıkları ve göz hasarına sebep olur. Hidrojen peroksit buna rağmen hayatımızın pek çok alanında sıklıkla kullandığımız, önlem alındığı takdirde zararları kolaylıkla engellenebilecek ve faydaya çevrilebilecek bir kimyasaldır. Bu noktada çevreye ve insan sağlığına görünür düzeyde zararları olan kimyasalların tehlikelerinin önlenmesi, azaltılması ya da alternatiflerinin bulunması konusunda "yeşil kimya" terimi karşımıza çıkmaktadır.

Yeşil kimya, kimyasalların üretimi ve bütün uygulamalarında çevreye, doğaya ve bütün canlılara verilen zararın en aza indirilmesinin ya da tamamen ortadan kaldırılmasının hedeflendiği çalışmaların yürütüldüğü bir kimya bilimi dalıdır. Alanının kurucusu sayılan Paul Anastas'a göre yeşil kimyanın tanımı şöyledir:^{[1], [2]}

Yeşil kimya, kimyasal ürünlerin tasarımı, üretimi ve uygulamalarında tehlikeli maddelerin kullanımı veya oluşumunu azaltan ya da ortadan kaldıran bir dizi ilkenin kullanımıdır. Yeşil kimya fikri, kimyasal sentezlerde kaynak verimliliği, enerji verimliliği, ürün seçiciliği, işletme yalınlığı, sağlık ve çevre emniyeti açısından potansiyel yararlar sağlayabilecek yeni kimyasal reaktiflikler ve reaksiyon koşullarının geliştirilmesi çağrısında bulunur.

Yeşil kimyanın günümüzde sayısız alanda uygulaması bulunmaktadır. Bu uygulamalar enerji, kimya, ilaç, gıda, atık geri dönüşümü ve arıtma gibi endüstrilerde görülebilir.

Yeşil kimyanın Paul Anastas ve John Warner tarafından ortaya konulmuş on iki temel ilkesi bulunur. Bu on iki temel ilke yeşil kimya dalının araştırma konularına bir sınırlama getirmekten daha çok bu alanda yapılan çalışmaların bir özeti niteliğindedir.

Yeşil Kimyanın 12 İlkesi

İlke 1: Atık Önleme

Oluşum süreci fark etmeksizin, istenmeyen ve kullanılamaz durumdaki materyaller atık olarak adlandırılır. Çöpler, atık su, endüstriyel atıklar gibi pek çok materyal atığa birer örnek olarak verilebilir.

Yeşil kimyanın ilk ilkesi atıkları önlemektir. Bu ilkeye göre atıkları önlemek için kimyasal sentez yöntemleri tasarlanmalı ve geliştirilmelidir. Temizlenebilecek ya da arıtılabilecek herhangi bir atık çevreye bırakılmamalıdır.^[3]

Örneğin atık su arıtımında yeşil kimya uygulamaları önemlidir ve sıklıkla kullanılmaktadır. Örnekler aşağıdaki gibi sıralanabilir:^[4]

1. Eser miktardaki kirleticilerin atık su arıtımında kullanılan membran biyoreaktörler ile giderilmesi,
2. Atık sularda bulunan eser miktardaki kirleticilerin ıslak oksidasyon yöntemiyle giderilmesi,
3. Endokrin bozucu bileşiklerin (örneğin bisfenol-a ve alkilfenoller) foto-fenton reaksiyonu sayesinde oksidasyonunun sağlanması ve bu sayede giderilmesi,
4. Kimyasal destekli çökeltme ile su arıtımı.

Wikimedia Commons

Bu örnekler çoğaltılabileceği gibi, katı atıklardan radyoaktif atıklara kadar pek çok atığın arıtılması için de pek çok yeşil kimya uygulaması mevcuttur.

İlke 2: Atom Ekonomisi

Atom ekonomisi ilk başta zor ve anlaşılması güç bir kavram gibi gözükse de, esasında oldukça basit bir mantığa sahiptir. Barry Trost tarafından geliştirilen bu kavram, yeşil kimyanın ikinci ilkesidir. Atom ekonomisi, kimyasal tepkimeye giren maddelerin atomlarından ne kadarının nihai ürüne geçtiğini ve ne kadarının kullanılmadan kaldığını ya da istenmeyen ürünlere dönüştüğünü kontrol eder.^[5]

Tepkimeye giren maddelerin tamamı ürünlere dönüşüyorsa, genelde bu durumda tepkimenin %100 verimle gerçekleştiği kabul edilir. Ancak atom ekonomisi, tepkimeye giren maddelerin tamamının ürüne dönüşüp dönüşmediğinden ziyade, ürüne dönüşen maddelerin ne kadarının istenilen ürünlere dönüştüğünü, ne kadarının istenmeyen yan ürünlere dönüştüğüne bakarak bizlere tepkimenin ekonomik bir verimini sunmuş olur.

Örneğin sodyum sülfat üretiminde klasik bir yöntem olan Hargreaves tepkimesini ele alalım:

4 NaCl + 2 SO₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 HCl + 2 Na₂SO₄

İngiliz kimyager James Hargreaves tarafından keşfedilen bu sodyum sülfat üretim yöntemi sanayide kullanılmaktadır. Tepkimede istenilen ürün sodyum sülfat olup, yan ürün olarak hidroklorik asit ortaya çıkmaktadır. Bu tepkimenin atom ekonomisini incelemek için aşağıdaki basit formül kullanılabilir:

% Atom Ekonomisi = (İstenilen ürüne geçen atomların toplam formül ağırlığı / Tepkimeye giren bütün atomların formül ağırlığı) x 100

Bu formüle göre tepkimeye girerek sodyum sülfat oluşumuna katılan sodyum, kükürt ve oksijenin toplam ağırlığı 284,08 g/mol'dür. Ancak tepkimeye giren bütün atomların ağırlıkları toplamı 286,6 g/mol'dür. Buna göre tepkimenin atom ekonomisi ilgili formülden %99,12 olarak bulunur. Bu sonuca bakarak tepkimeye giren atomların %99,12'sinin istenilen ürünün oluşumuna harcandığı anlaşılır. Yani Hargreaves tepkimesi, atom ekonomisi bakımından çok verimli bir tepkimedir.

Veolia Water Technologies

Atom ekonomisi konsepti, bütün kimyasal tepkimelere uygulanabilir. Böylece hangi tepkimelerin daha verimli olduğu kolaylıkla anlaşılır.

İlke 3: Daha Az Tehlikeli Kimyasal Sentezler

Kimyasalların kullanıldığı pek çok yerde tehlike unsurları mevcuttur. Bunların en aza indirilmesi veya ortadan kaldırılması yeşil kimyanın amaçlarından biridir. Yeşil kimyanın üçüncü ilkesi, insanlara ve çevreye çok az ya da hiç zararı olmayan maddelerin kullanımı ve üretimi için sentez yollarının geliştirilmesidir.^[3]

Örnek vermek amacıyla tekrar Hargreaves tepkimesini ele alalım. Bu tepkime sonucunda hidroklorik asit açığa çıkmaktadır. Hargreaves tepkimesi kullanılarak sodyum sülfat üretildiğinde yan ürün olarak açığa çıkan hidroklorik asit, üretimde kullanılan ekipmanlarda korozyona ve yıpranmaya sebep olabilir. Buna ek olarak herhangi bir sızıntı veya kaçak durumunda hidroklorik asit çalışanlara zarar verebilir. Yeşil kimya, bütün kimyasal sentez yöntemlerinin tehlikesinin azaltılması için var olan yöntemleri geliştirir veya yeni yöntemler arar.

İlke 4: Daha Güvenli Kimyasalların Tasarımı

Yeşil kimyanın bir diğer ilkesi de, daha güvenli kimyasalların tasarımı ve geliştirilmesidir. Bu noktada akıllara şu sorunun gelmesi olasıdır: "Daha güvenli kimyasal nedir?"

Daha güvenli kimyasal terimiyle kast edilen, insana olduğu kadar diğer tüm canlılara ve dünyaya en az olumsuz etkiye sahip kimyasallardır. Kimyasal güvenliği söz konusu olduğunda genelde aklımıza insan sağlığına olan zararlar gelir ve böyle düşünmek oldukça doğaldır. Ancak daha güvenli kimyasallar sadece insan sağlığına zararı en aza indiren kimyasallar değil, aynı zamanda bütün canlılara ve doğaya zararı en aza indirmeyi hedefleyen kimyasallardır.

Bu bağlamda kimyasalları incelersek hayatımızın içinde olan pek çok tehlike arz eden kimyasal olduğunu görürüz. Bunlardan biri de cıvadır. Cıva, çevreye salındığında çok uzun süreler boyu varlığını koruyan, canlılarda toksik birikime sebep olan ve fetüsler ile bebeklere oldukça zehirli bir elementtir. Dahası, cıva fosil yakıtlar içinde az miktarda bile olsa doğal olarak bulunmaktadır. Hayatın pek çok noktasında var olan bu element bu ve benzeri birçok sebepten ötürü besin zincirinde biyolojik birikmeye sebep olur. Nörotoksik birçok özelliği olan cıva, fosil yakıtlar kullanıldıkça atmosfere yayılmakta, kara ve su ekosistemlerinde kontrolsüz biçimde birikmektedir.^[6] Yeşil kimya, bu noktada cıva yerine ya da cıvanın içinde bulunduğu kimyasallara alternatif olarak daha güvenli kimyasalların tasarlanması ve kullanılması için çaba göstermektedir.

Wikimedia Commons

Daha güvenli kimyasallara örnek vererek hangi açılardan daha güvenli olduklarını anlamak mümkündür. Örneğin metakrilonitril, yapısal olarak neredeyse tamamen aynısı olduğu akrilonitrile göre çok daha güvenli bir kimyasaldır. Akrilonitril kansere sebep olurken, metakrilonitril kansere sebep olmaz. İki kimyasal arasındaki tek fark, metakrilonitrilde hidrojen atomu yerine metil grubunun bulunmasıdır. Metakrilonitril kansere sebep olmadığından ve akrilonitrilin kullanıldığı alanlarda aynı işlevi gördüğünden akrilonitril yerine ticari olarak kullanılabilmektedir.^[6] Aşağıdaki resimde iki kimyasalın yapısı görülmektedir.

Wikimedia Commons

Yapısal olarak birbirine hiç benzemeyip birinin tehlikeli, öbürünün ise çok daha güvenli olduğu kimyasallar da bulunmaktadır. Buna örnek olarak organokalaylar yerine izotiazolinonların kullanılması verilebilir. Organokalay grubu kimyasallar boya katkısı olarak kullanılır ve midye vb. deniz canlılarının yapışarak gemiye zarar vermesini önlerler. Ancak organokalaylar deniz canlıları için yüksek derecede zehirleyici olup, ekotoksisitesi oldukça yüksek kimyasallardır. Bundan dolayı dünyada kullanımı sınırlandırılmıştır. Buna karşın izotiazolinon grubu kimyasallar aynı işlevi yerine getiren kullanışlı biyositler olmalarının yanı sıra, deniz ve okyanus ekosistemlerinde kolaylıkla bozunabilir ve organokalaylarla karşılaştırıldığında çevreye verdikleri zarar çok azdır.^[6] Bundan dolayı günümüzde küflerin, mantarların ve çeşitli zararlı biyolojik unsurların engellenmesi gerektiği yerlerde boya katkısı olarak kullanılmaktadır. Evlerimizde kullandığımız tavan boyaları buna bir örnek olarak verilebilir.

İlke 5: Daha Güvenli Çözücüler ve Yardımcı Maddeler

Çözücüler, endüstride neredeyse her alanda kullanılan kimyasallardır. Kütle ve ısı aktarımı için kullanılan çözücü kimyasallar, birçok endüstride ayırma ve saflaştırma süreçlerinde kullanılırlar. Çözücüler, birçok temizlik maddesi, kaplama ve yapıştırıcının üretim süreçlerinde yer alır.

Endüstride kullanılan çözücü kimyasalların çoğu uçucu organik bileşiklerdir (İngilizce'de çoğunlukla "volatile organic compound" teriminin kısaltması olan VOC adıyla bilinir) ve serbest radikallerin hava oksitlenmesi yoluyla kirli hava kütleleri oluşturduklarından çevresel açıdan oldukça zararlıdırlar. Birçoğu da kolay alevlenebilir doğalarından ötürü tehlike arz eder. Maruz kalındığında baş ağrısına, göz tahrişine, alerjik reaksiyonlara sebep olabilen uçucu organik bileşiklerin bir kısmı da kanserojendir. Yeşil kimya alanında bu çeşit kimyasalların zararsız olanlarıyla değiştirilmesi ya da kullanımlarına gerek kalmayacak teknolojiler geliştirilmesi için araştırmalar yapılmaktadır.

Uçucu organik bileşiklerin çevresel etkisinin en aza indirilmesi için uygulanan başlıca yöntemlerden biri biyolojik alternatiflere yönelmektir. Biyolojik yollar ve ham maddeler ile üretilmiş kimyasalların yanı sıra, inorganik olup çevresel etkisi çok daha az olan uçucu organik bileşikler de birer alternatiftir.

Uçucu organik bileşiklere örnek olarak benzen, toluen, ksilen, etilen glikol ve formaldehit bileşikleri verilebilir. Bu bileşikler endüstride ve günlük hayatta çok sık kullanım alanı olan ve vazgeçilmez kimyasallardır. Ne yazık ki çevreye yayıldıklarında zararlı olmalarının yanı sıra, bazı uçucu organik bileşikler aynı zamanda kanserojendir. Örneğin benzen uçucu organik bileşik olmasının yanı sıra kanserojen olduğu kanıtlanmış bir kimyasaldır.^[7]

Diklorometan, tetrakloroetan gibi bazı klorlu uçucu organik bileşiklerse yine pek çok alanda kullanılan kimyasallardır fakat yapılarında klor içerdiklerinden biyolojik yollarla üretimi zordur ve uygulanabilir değildir. Ancak halka biçimindeki aromatik bileşiklerden benzen ve toluen gibi uçucu organik bileşikler çeşitli biyolojik yollar sayesinde selülozdan türetilebilirler.^[8] Bunun yanında dimetil karbonat, etil laktat gibi bileşikler de birer yeşil kimyasal olup, endüstrideki ve günlük hayattaki pek çok çözücü yerine kullanılabilecek uygun ekonomik alternatiflerdir.

Biyokütlelerden günlük hayattaki kimyasalların üretildiği tesislere biyorafineri adı verilir. Biyorafineriler genel olarak tarımsal atıklar, ormancılık atıkları, yüksek oranda enerji içeren kanola gibi tarım ürünleri ve alglerden biyoyakıt ve biyolojik bazlı kimyasalların üretildiği tesislerdir. Petrol rafinerileri yerine biyorafinerilerin yaygınlaşmasıyla çevresel etkisi düşük çözücülerin üretimi artmış olacaktır. Bu tarz konseptler oldukça yeni ve alışılmadık gibi görünse de, aslında dünya çağında birçok değişiklik çoktan gerçekleşmeye başlamıştır. 21 Ağustos 2020 tarihinde ABD merkezli petrol şirketi Phillips 66, San Francisco Rafinerisi'ni yenilenebilir yakıtlar üreten bir biyorafineriye dönüştürme kararı aldı. Proje tamamlandığında, San Francisco Rafinerisi ham petrol yerine artık atık yemek yağları, atık madeni yağ ve soya yağı kullanarak biyoyakıt üretimine geçecek.^[9]

Houston Chronicle

Yeşil kimyanın uygulamaları sadece bunlarla da sınırlı değildir. Biyorafineriler kavramı önemli bir konu olup, yeşil kimyanın enerji verimliliği ve yenilenebilir ham maddelerin kullanımı konusundaki ilkeleriyle de örtüşmektedir.

İlke 6: Enerji Verimliliği için Tasarım

Yeşil kimyanın altıncı ilkesi enerjinin verimli kullanımı ve mümkün mertebe tasarrufuyla ilgilidir:^[10]

Kimyasal süreçlerin hem çevresel hem ekonomik etkileri her zaman göz önünde bulundurulmalı ve olumsuz etkileri mümkün mertebe azaltılmalıdır. Eğer mümkünse kimyasal süreçler mutlaka ortam sıcaklığı ve basıncında gerçekleştirilmelidir.

Bu ilkede bahsedilen "kimyasal süreçlere" örnek olarak kimyasal reaksiyonları örnek verebiliriz. Günümüzde doğada hazır olarak bulunmayan ya da çok az miktarda bulunan bütün kimyasalların üretiminde kimyasal reaksiyonlar kullanılır. Bu reaksiyonlar kimi zaman ekzotermik (ortama ısı veren), kimi zaman endotermiktir (ortamdan ısı alan). Örnek olarak amonyak üretimini ele alalım. Amonyak günümüzce Haber-Bosch süreci ile üretilen, günlük hayatın temellerini oluşturan bileşiklerden biridir. Haber Bosch süreci amonyak üretimindeki en verimli yöntem olmasına rağmen yüksek basınç altında gerçekleştirilir ve bu da enerji tüketiminin artmasına sebep olur. Reaksiyon tersinir ve ekzotermiktir:

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

∆H° = -91,8 kJ/mol

Tepkimenin belirli bir verimde gerçekleştirilebilmesi için gereken optimum bir sıcaklık ve basınç değeri vardır. Bu değerler genelde 200 ila 400 atm basınç ve 400° ila 650°C'dir.^[11] Bu değerler oldukça yüksektir ve enerji kullanımını oldukça artırmaktadır.

Wikimedia Commons

Reaksiyonun gerçekleşmesi için gereken bu aşırı yüksek basınç ve sıcaklıklara erişebilmek için kullanılan enerji fosil yakıtlardan elde edildiği takdirde amonyak üretimi ne yazık ki küresel ısınmayı hızlandıran etkenlerden biri olmaya devam edecektir. Ancak bu enerji yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilirse (rüzgar ve güneş enerjisi gibi), Haber-Bosch yönteminin çevresel etkisi oldukça azalacaktır. Haber-Bosch süreciyle ilgili yazımızı buradan okuyabilirsiniz.

Enerji fiyatları düştükçe bu tarz yöntemlerin birer gelecek projeksiyonları olmaktan çıkıp, tıpkı biyorafineriler gibi gerçek projelere dönmesi olasıdır.

Wikimedia Commons

Yeşil kimya alanı, bu tarz uygulamaların yanı sıra endüstride sık kullanılan ısı aktarımı ve distilasyon gibi süreçlerinin enerji verimliliğinin artırılması için yeni kimyasalların ve kimyasal süreçlerinin tasarımı ve geliştirilmesi üzerine araştırmalar yapar. Böylece endüstride enerji verimliliği ve tasarrufunun artırılmasına katkıda bulunur.

İlke 7: Yenilenebilir Ham Maddelerin Kullanımı

Yeşil kimyanın bir diğer önem taşıyan ilkesi de yenilenebilir ham maddelerin kullanımıdır. Daha Güvenli Çözücüler ve Yardımcı Maddeler ilkesini anlatırken aslında bu konuyla ilgili bir giriş yapmıştık. Şimdi bu konuyu daha detaylı ele alacağız.

Bir ürün, yaşam döngüsü boyunca çeşitli aşamalardan geçer. Günlük hayatta karşılaştığımız bütün ürünler birer ham maddeden üretilir. Örneğin günlük hayatta sıkça kullandığımız (umarım sıkça kullanıyoruzdur) diş macununu ele alalım. Diş macunu üretiminde kullanılan ham maddeleri ana ham maddeler su, kalsiyum karbonat, sodyum bikarbonat, florür bileşikleri ve çeşitli yüzey aktif madde ve antibakteriyel kimyasallardır.^[12] Macunun içine doldurulduğu tüp de plastikten yapılır.

Bu ham maddeler mümkün olduğunca yenilenebilir alternatifleriyle değiştirildiğinde, imal edilen ürünün çevreye zararı en aza indirilmiş olacaktır. Örneğin macunun doldurulduğu tüp ve kapağı için petrol türevi plastikler yerine, biyokütlelerden üretilmiş plastik ve plastik benzeri yenilenebilir maddeler kullanılırsa, tüm dünyanın kullandığı diş macunları çok daha yenilenebilir, karbon ayak izi küçülmüş ürünler haline gelecektir. Aynı uygulamayı diş fırçası için de düşünebiliriz.

Petrol yerine biyokütlelerin işlenip yakıt ve kimyasalların üretildiği "biyorafineri" konseptinden de bahsetmiştik. Petrol yerine biyokütlelerin kullanılması yeşil kimyanın bir ilkesi olan yenilenebilir ham madde kullanımına uygun bir örnektir. Bu şekilde karbon salınımı ve üretilen ürünlerdeki karbon yoğunluğu önemli ölçüde azaltılmış olur.

Günlük hayatta kullanılan birçok ürün için yaşam döngüsü analizi yaparak ham maddelerin kullanıldığı ilk noktayı belirlemek bu yüzden önemlidir. Bir ürünün yaşam döngüsü boyunca her noktadaki karbon salınımını azaltmak ve yenilenebilir ham maddeler kullanmak, bütün ülkelerin karbon salınımını ve çevreye verdikleri zararı azaltır, döngüsel bir ekonomiye geçişinin sağlanmasına da katkıda bulunur.

İlke 8: Türevleri Azaltmak

Türevleri azaltmak, yeşil kimya uygulamalarında önemli bir ilkedir. Bu ilke Anastas'a göre kısaca şöyle açıklanabilir:^[1]

Gereksiz (kimyasal) türevler oluşturma gibi basamaklar ek reaktanlar gerektirdiğinden ve atık üretebildiğinden azaltılmalı veya mümkünse kaçınılmalıdır.

Bahsedilen kimyasal türevler, bir kimyasalın üretiminde bloklama, koruma gibi amaçlarla kullanılan başka kimyasal gruplardır. Hedef ürünlerin üretimi için fiziksel ve kimyasal süreçleri geçici olarak değiştirmek, kimyasal türevlerin kullanım amaçlarından biridir.

Bu türevler ek ham madde ve enerji kullanımına neden olur. Bunun yanında kimyasal atıkların oluşumuna sebep olabilirler. Bundan dolayı kimyasal sentezlerde türevlerin kullanımı olabildiğince azaltılmalıdır.

Kimyasal türevlerin azaltılmasında en iyi yollardan biri enzim ve katalizörlerin kullanılmasıdır. Örneğin yarı sentetik ampisilin ve amoksilin antibiyotiklerinin endüstriyel üretiminde koruyucu kimyasal türev gruplarının kullanımı ve temizlik işlemlerinden kaçınmak için enzimler kullanılmaktadır. Günümüzde 10.000 tondan fazla 6-APA (6-aminopenisilinatik asit) antibiyotiği enzimlerin kullanıldığı süreçlerle üretilir ve eskiden bu antibiyotiğin üretiminde kullanılan kimyasal türevler artık kullanılmaktadır.^[5]

İlke 9: Kataliz

Yeşil kimyanın dokuzuncu ilkesi olan kataliz, kimyasal tepkimelerde katalizör kullanımını teşvik etmektedir. Olabildiğince seçici katalitik reaktiflerin, stokiyometrik reaktiflere göre üstün olduğunu belirten bu ilkeye göre, stokiyometrik yöntemlerden katalitik süreçlere geçmek, tepkime veriminin artırılmasında anahtar bir rol üstlenmektedir.

Katalizörler kimyasal tepkimelerin aktivasyon enerjisini düşürerek tepkimenin enerji gereksinimini azaltır. Bunun yanında yüzey alanını artıran katalizörler ürün seçiciliğini artırarak tepkime sonucunda oluşan ürün miktarını artırırlar. Bu sayede kimyasal tepkimeler daha az enerji kullanımı, daha az atık oluşumu, daha az ham madde kullanımı ve çok daha yüksek ürün dönüşümü ile gerçekleştirilmiş olur. ^[1] Tüm bunlar nihai olarak kimyasalların çevreye, doğaya ve insanlara zararını en aza indirgeyerek dünya ekonomisinin sürdürülebilirliğine katkıda bulunur.

Wikimedia Commons

İlke 10: Bozunabilir Tasarım

Yeşil kimyanın bu ilkesine göre, kimyasal ürünler ömrünü tamamladıkları zaman zararsız bozunma ürünlerine dönüşmeli ve çevrede birer atık olarak kalmayı sürdürmemelidir. Bu sebeple bütün kimyasal ürünler bozunabilecek şekilde tasarlanmalıdır.

Bozunabilir tasarımın önemine günlük hayattan örnek vermek mümkündür. Metil tersiyer bütil eter (kısaca MTBE), arabalarda motor vuruntusunu önleyici bir yakıt katkısı olarak çok yaygın biçimde kullanılır. MTBE bir kanserojen olmasa da, önemli ölçüde yer altı suyu ve toprak kirliliğine sebep olduğundan dolayı milyar dolarlık çevre temizleme çalışmaları yapılmasına sebep olabilmektedir.^{[13], [14]} Sık kullanılan ancak toksik bir yakıt katkısı olan metil tersiyer bütil eter bileşiğinin yerine dimetil karbonat bileşiği kullanılabilmektedir.^[15]

Dimetil karbonat, üretiminde herhangi bir zehirleyici etki bulunmayan, çevre dostu, atmosferde kendiliğinden bozunabilen, zehirsiz bir kimyasaldır.^[14] Dimetil karbonat, doğada yavaş bir şekilde karbondioksit ve metanole ayrışabilmesi sebebiyle, diğer pek çok hidrokarbon bileşiğine kıyasla çevreye ciddi zararlar vermemektedir.^[16] Lityum iyon bataryalarda elektrolit olarak kullanılmasının yanı sıra, polikarbonatların üretiminde ham madde olarak kullanılmaktadır.^[17] Yapılan son araştırmalarda dimetil karbonatın yakıt katkısı olarak kullanılabileceği ortaya konmuştur. Dimetil karbonat, yakıtların buhar basıncını düşürerek buharlaşma sebebiyle oluşan emisyonları azaltmaktadır.^[18]

Çevresel açıdan sağladığı avantajlar sayesinde dimetil karbonat ABD Çevre Koruma Ajansı tarafından 2009 yılında uçucu organik bileşikler listesinden ayrı tutulmuştur. Bu sayede dimetil karbonat pek çok toksik uçucu organik bileşiğin kullanıldığı alanlarda önemli bir alternatif kimyasal çözücü olarak kullanılabilmektedir.^[19] ABD Çevre Koruma Ajansı tarafından muhtemel insan sağlığına zararlı bileşik olarak kategorize edilmiş olan MTBE yerine, aynı özellikleri sergileyebilen dimetil karbonat kullanımının ilerleyen yıllarda giderek yaygınlaşması, çevrenin korunması açısından büyük öneme sahiptir. Üstelik dimetil karbonat karbondioksitten üretilebildiğinden, küresel ısınmanın etkilerinin azaltılmasında önemli bir rol oynayabilir.^[14]

Wikimedia Commons

Dimetil karbonat çevreye zararı azaltmakta bozunabilir kimyasalların kullanımına sadece bir örnektir. Bu konudaki örnekler çoğaltılabilir. Bozunabilir kimyasalların çevre ve insan sağlığının korunmasındaki etkisi yadsınamaz bir gerçektir.

İlke 11: Kirliliğin Önlenmesi için Gerçek Zamanlı Analizler

Çevre kirliliği belki de dünyayı etkileyen en önemli sorunlardan biridir. Yeşil kimya, kimyasalların bulunduğu her türlü ortamda çevre kirliliğinin en aza indirilmesi için gerçek zamanlı analizlerin kullanılmasını amaçlar.

Gerek laboratuvarlarda, gerek endüstride gerçekleştirilen her türlü kimyasal ölçümü ve analizini çevreye hiçbir zarar vermeden ya da verilen zararı en aza indirecek şekilde gerçekleştirmek, yeşil kimyanın ana hedeflerindendir. Yeşil analitik kimya olarak adlandırılan bu araştırma alanı, hem insan sağlığı hem de çevre için çok daha emniyetli, çok daha az atık meydana getiren analitik yöntemleri geliştirir ve kullanımının yaygınlaştırılmasını amaçlar.^[1] Bütün kimyasal dönüşümlerin yanı sıra, kimyasal dönüşümlere yardımcı ısıtma, soğutma ve saflaştırma gibi işlemlerde sağlık ve çevre açısından daha güvenli ve zararsız analiz yöntemlerinin kullanılması için yeşil analitik kimya alanında çalışmalar yapılmaktadır.

İlke 12: Kazaların Önlenmesi için Doğası Gereği Daha Emniyetli Kimya

"Daha emniyetli kimya" ilk duyulduğunda akıllarda çeşitli soru işaretleri oluşmasına sebep olan bir kavram olsa da, yeşil kimyanın on ikinci ve son ilkesi hakkında çok az bilgi sahibi olmak, ne demek olduğunu anlamaya yetecektir.

Yeşil kimyanın bu ilkesi, hem endüstride büyük ölçeklerde gerçekleştirilen kimyasal süreçlerde hem de laboratuvardaki küçük ölçekli kimyasal işlemlerde kaza, patlama, yangın ve çevreye salınım potansiyelini en aza indirecek maddeler ve madde biçimlerinin kullanımı olarak özetlenebilir.

Kimyasalların yoğun olarak kullanıldığı ve üretildiği endüstrilerde yaşanan kazalar çoğu zaman manşet haberleri oluşturur. Çünkü bu kazalar büyüklüğü ve kapsamı bakımından çoğu zaman birer çevre felaketi olmasının yanı sıra, bir yandan da çok sayıda kişinin yaralanmasına hatta ölümüne sebep olmaktadır. Buna modern çağdan belki de verilebilecek en iyi örneklerden biri de Bhopal felaketidir. 2 Aralık 1984'te Hindistan'ın Bhopal şehrinde bulunan Union Carbide şirketine ait böcek ilacı fabrikasında metil izosiyanat gazı sızıntısı sonucu en az 3.000'in üzerinde kişi hayatını kaybetti. 500.000 kişi ise gazın etkilerinden dolayı zehirlendi ya da çeşitli rahatsızlıklar geçirdi.^[20] Günümüzde bile kaza dolayısıyla ortaya çıkan gazdan etkilenen insanların çocuklarında çeşitli vücut bozuklukları ve rahatsızlıkları görülmektedir.^[21]

Wikimedia Commons

Kaza öylesine büyüktü ki, günümüzde dahi kazadan etkilenenlerin tam sayısı hâlâ bir tartışma konusudur. Kazanın büyük bir trajedi olmasının yanı sıra, bölgedeki havaya, toprağa ve yer altı su kaynaklarına verdiği zarar ile gerçek bir çevresel felaket olduğu da şüphe götürmez bir gerçektir.^{[22], [23]}

Wikimedia Commons

Eğer böcek ilacı üretiminde kullanılan metil izosiyanat kimyasalının ara üretiminden kaçınılsaydı, belki de bu kaza hiç yaşanmamış olacaktı. Metil izosiyanat, metilamin ve fosgenin tepkimesi sonucu ortaya çıkıyordu. Sonrasında naftol ile tepkimeye sokularak karbaril isimli böcek ilacı elde ediliyordu. Ancak bunun yerine metilamin önce naftol ile tepkimeye sokulup sonrada fosgen ile tepkimeye girmesi sağlansaydı, metil izosiyanatın ortaya çıkmaması sağlanabilirdi. Bu durum sağlanamasa bile, metil izosiyanatı üretip sonra naftol ile tepkimeye sokmak için bekletmek yerine, sadece kullanılacağı zaman üretilmesi ve hemen naftol ile tepkimeye sokulması da bir nebze olsun kaza riskini önleyebilirdi.^[24] Bunların hiçbiri olmasa da üretimde kullanılan kimyasalların doğasının iyi bilinmesi ve buna göre gereken endüstriyel önlemlerin alınmış olması yeterince önem arz eden bir konuydu.

Wikimedia Commons

Yeşil kimyanın son ilkesi Bhopal'deki gibi felaketlerin bir daha yaşanmaması için patlayıcılık, alevlenirlik ve zehirleyicilik gibi tehlikelerin kimyasalların ve kimyasal üretim süreçlerinin tasarımında giderilmesini amaçlar. Endüstriyel kazalar her an gerçekleşebilir ve bunlara karşı önlemler hiçbir zaman yeterli görülmemelidir. Yeşil kimya uygulamaları bu sebeple hayati önem taşımaktadır.

Sonuç

Yeşil kimya sadece insan sağlığının değil, çevrenin ve doğanın korunması, vahşi yaşama herhangi bir zarar verilmemesi için de büyük önem taşıyan bir kimya dalıdır. Endüstrinin her geçen gün gelişmesi, büyümesi ve ilerlemesiyle birlikte ortaya çıkan tehlikelerin önlenmesinden, her türlü alanda enerji ve ham madde açısından verimliliğin sağlanarak sürdürülebilir bir dünya için adımlar atılmasına kadar pek çok önemli konuda yeşil kimya uygulamalarının insanlığa rehberlik edeceği açıktır.