グリーンケミストリー

人間の活動における溶剤の主な用途は、塗料やコーティング（使用量の 46%）です。少量の用途には、洗浄、脱脂、接着剤、化学合成などがあります。^{[ 23 ]}従来の溶剤は、毒性があるか塩素化されていることが多いです。一方、グリーン溶剤は、一般的に健康や環境への害が少なく、より持続可能であることが望ましいです。理想的には、溶剤は再生可能な資源から得られ、自然界によく存在する無害な製品に生分解されます。^{[ 24 ] [ 25 ]}しかし、バイオマスから溶剤を製造することは、化石燃料から同じ溶剤を製造するよりも環境に害を及ぼす可能性があります。^{[ 26 ]}したがって、製品やプロセスに溶剤を選択する際には、溶剤製造の環境への影響を考慮する必要があります。^{[ 27 ]}考慮すべきもう 1 つの要素は、使用後の溶剤の運命です。溶剤の回収とリサイクルが可能な密閉された状況で溶剤が使用されている場合は、リサイクルに関連するエネルギーコストと環境への害を考慮する必要があります。このような状況では、浄化にエネルギーを大量に消費する水は、最も環境に優しい選択肢とは言えないかもしれません。一方、消費財に含まれる溶剤は使用時に環境に放出される可能性が高く、そのため溶剤自体の環境への影響は、溶剤のリサイクルのエネルギーコストや影響よりも重要になります。このような場合、水は環境に優しい選択肢となる可能性が非常に高いです。要するに、溶剤のライフサイクル全体、つまり製造から廃棄まで（リサイクルされる場合は製造から廃棄まで）の影響を考慮する必要があります。したがって、環境に優しい溶剤の最も包括的な定義は次のとおりです。「環境に優しい溶剤とは、製品またはプロセスがライフサイクル全体を通して環境への影響を最小限に抑える溶剤である。」^{[ 28 ]}

定義上、溶媒はある用途ではグリーン（その用途に使用できる他のどの溶媒よりも環境への害が少ないため）であるが、別の用途ではグリーン溶媒ではない可能性がある。典型的な例は水である。水はトイレ用洗剤などの消費者製品には非常にグリーンな溶媒だが、ポリテトラフルオロエチレンの製造にはグリーン溶媒ではない。このポリマーの製造には、溶媒として水を使用すると、非常に残留性の高いパーフルオロ化界面活性剤を添加する必要がある。代わりに、超臨界二酸化炭素は界面活性剤なしでも良好な性能を発揮するため、この用途には最もグリーンな溶媒であると思われる。^{[ 28 ]}要約すると、宣言が特定の用途に限定されない限り、どの溶媒も「グリーン溶媒」であると宣言することはできない。

新規または改良された合成技術は、環境性能の向上やグリーンケミストリーの原則へのより良い準拠を可能にすることが多い。例えば、2005年のノーベル化学賞は、有機合成におけるメタセシス法の開発に対して、イヴ・ショーヴァン、ロバート・H・グラブス、リチャード・R・シュロックに授与され、グリーンケミストリーと「よりスマートな生産」への貢献が明確に言及された。^{[ 29 ]} 2005年のレビューでは、有機合成の分野におけるグリーンケミストリーの3つの重要な発展が特定された。グリーン溶媒としての超臨界二酸化炭素の使用、クリーンな酸化のための過酸化水素水の使用、不斉合成における水素の使用である。^{[ 30 ]}応用グリーンケミストリーのその他の例としては、超臨界水酸化^{[ 31 ]}、水反応^{[ 32 ]}、乾燥媒体反応^{[ 33 ]}などがある。

バイオエンジニアリングは、グリーンケミストリーの目標を達成するための有望な技術としても考えられています。シキミ酸（タミフルの前駆体であり、ロシュ社が細菌で発酵させている）など、多くの重要なプロセス化学物質は、遺伝子操作された生物で合成できます。クリックケミストリーは、グリーンケミストリーの目標と一致する化学合成のスタイルとしてよく挙げられます。^{[ 34 ]}「グリーンファーマシー」の概念は、最近、同様の原理に基づいて明確にされました。^{[ 35 ]}

1996年、ダウ・ケミカルは、ポリスチレンフォーム製造用の100%二酸化炭素発泡剤で1996年グリーン反応条件賞を受賞しました。ポリスチレンフォームは、包装や食品輸送によく使われる材料です。米国だけでも毎年7億ポンドが生産されています。従来、発泡シートの製造工程ではCFCやその他のオゾン層破壊物質が使用されており、深刻な環境リスクをもたらしていました。可燃性、爆発性、場合によっては有毒な炭化水素もCFCの代替品として使用されてきましたが、それらにも独自の問題があります。ダウ・ケミカルは、超臨界二酸化炭素が有害物質を必要とせずに発泡剤として同等の効果を発揮し、ポリスチレンのリサイクルを容易にすることを発見しました。このプロセスで使用されるCO2_は他の産業から再利用されるため、プロセスから放出される正味の炭素はゼロです。^{[ 36 ]}

2番目の原理に対処するのは、塩を共生成せずにヒドラジンを生成する過酸化物プロセスです。ヒドラジンは従来、次亜塩素酸ナトリウム（多くの漂白剤の有効成分）とアンモニアからオリン・ラシヒ法によって製造されています。正味の反応では、目的生成物であるヒドラジン1当量につき塩化ナトリウム1当量が生成されます。^{[ 37 ]}

NaOCl + 2 NH ₃ → H ₂ N-NH ₂ + NaCl + H ₂ O

より環境に優しい過酸化水素プロセスでは、酸化剤として過酸化水素が用いられ、副生成物は水である。正味の変換率は以下のとおりである。

2NH ₃ + H ₂ O ₂ → H ₂ N-NH ₂ + 2H ₂ O

第4の原則として、このプロセスでは補助抽出溶媒を必要としません。メチルエチルケトンをヒドラジンの担体として使用し、中間体であるケタジンは反応混合物から相分離するため、抽出溶媒を使用せずに後処理が容易になります。

第 7 の原則に対応するのは、従来石油化学原料から生成されてきた1,3-プロパンジオールへのグリーン ルートです。これは、遺伝子組み換え大腸菌株を用いた1,3-プロパンジオールのバイオ分離により、再生可能な原料から生産できます。^{[ 38 ]}このジオールは、カーペット製造用の新しいポリエステルを作るために使用されます。

2002年、カーギル・ダウ（現ネイチャーワークス）は、ポリ乳酸の重合方法の改良により、グリーン反応条件賞を受賞しました。^{[ 39 ]}しかし、ラクチドベースのポリマーは性能が良くなく、このプロジェクトは2005年にダウによって中止されました。^{[ 40 ]}乳酸はトウモロコシを発酵させて作られ、その後、効率的なスズ触媒による環化反応によって、乳酸の環状二量体エステルであるラクチドが作られます。L ,L-ラクチドエナンチオマーは蒸留によって分離され、溶融状態で重合されて結晶化可能なポリマーが作られます。このポリマーは、繊維や衣料品、カトラリー、食品包装などの用途があります。ネイチャーワークスのPLAプロセスは、石油原料の代わりに再生可能な材料を使用し、他のPLAプロセスで一般的な有害な有機溶剤の使用を必要とせず、リサイクル可能で堆肥化可能な高品質のポリマーが得られます。

2003年、Shaw Industriesは、原料の毒性が低く、接着性に優れ、寸法安定性があり、リサイクル可能であることから、EcoWorxのベースポリマーとしてポリオレフィン樹脂の組み合わせを選択しました。EcoWorxコンパウンドは、ナイロンカーペット繊維との適合性も考慮して設計する必要がありました。EcoWorxはあらゆる種類の繊維から回収できますが、ナイロン6は大きな利点があります。ポリオレフィンは、既知のナイロン6解重合方法と適合性があります。PVCはこれらのプロセスを阻害します。ナイロン6の化学はよく知られており、第一世代の生産では考慮されていません。EcoWorxは、その開発当初から、性能、健康、環境の観点から市場のニーズを満たすために必要なすべての設計基準を満たしていました。研究によると、繊維と裏地を水浚渫、粉砕、空気分離によって分離することが、表面と裏地の成分を回収する最良の方法であることが示されましたが、使用済みEcoWorxを水浚渫プロセスに戻すためのインフラストラクチャが必要でした。研究によると、使用済みカーペットタイルは耐用年数の終わりにプラスの経済的価値を持つことが示されています。EcoWorxはMBDCによってクレードル・トゥ・クレードル設計として認定されています。^{[ 41 ] [ 42 ]}

2005年、アーチャー・ダニエルズ・ミッドランド（ADM）とノボザイムズは、酵素によるエステル交換反応プロセスで「より環境に優しい合成経路賞」を受賞しました。米国食品医薬品局（FDA）が2006年1月1日までに栄養成分表示にトランス脂肪酸の表示を義務付けたことを受け、ノボザイムズとADMは協力して、飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸を入れ替えることで油脂のエステル交換反応を行うクリーンな酵素プロセスを開発しました。その結果、トランス脂肪酸を含まない商業的に実現可能な製品が誕生しました。このプロセスは、トランス脂肪酸を排除することによる健康上の利点に加え、有害化学物質や水の使用量を削減し、大量の副産物の発生を防ぎ、油脂の廃棄量を減らすことにも貢献しています。

2011年、バイオアンバー社は、バイオ由来コハク酸の統合生産と下流用途で、中小企業による優れたグリーンケミストリーの功績賞を受賞しました。コハク酸は、日常製品の配合において重要な出発原料となるプラットフォーム化学物質です。従来、コハク酸は石油由来の原料から生産されていました。バイオアンバー社は、再生可能な原料の発酵から、石油由来の同等品よりも低コストかつ低エネルギー消費でコハク酸を生産し、CO2を排出するのではなく固定化するプロセスと技術を開発しまし_た。^{[ 43 ]}しかし、原油価格の下落により同社は破産に追い込まれ、^{[ 44 ]}現在、バイオ由来のコハク酸はほとんど生産されていません。^{[ 45 ]}

いくつかの実験用化学物質は、グリーンケミストリーの観点から議論の的となっている。マサチューセッツ工科大学は、「グリーン」代替品ウィザードを作成した。代替品の特定に役立てるため。臭化エチジウム、キシレン、水銀、ホルムアルデヒドは、代替品がある「最悪の汚染物質」として特定されています。^{[ 46 ]}特に溶剤は化学製造の環境への影響に大きく寄与しており、これらのプロセスの開発の初期段階、つまり実験室規模の反応および精製方法に、より環境に優しい溶剤を導入することにますます注目が集まっています。^{[ 47 ]}製薬業界では、GSK ^{[ 48 ]}とファイザー^{[ 49 ]}の両方が、創薬化学者向けに溶剤選択ガイドを公開しています。

2007年、EUは化学物質の登録、評価、認可および制限（REACH）プログラムを制定し、企業に対し製品の安全性を証明するデータの提出を義務付けました。この規則（1907/2006）は、化学物質の危険性および使用時のリスク評価を保証するだけでなく、特定の物質の使用を禁止または制限／認可するための措置も規定しています。ヘルシンキに本部を置くEU化学物質庁（ECHA）がこの規則を実施していますが、執行はEU加盟国が担っています。

米国は、環境規制の制定と施行によって人間と環境の健康を守るために、1970年に環境保護庁（EPA）を設立しました。グリーンケミストリーは、化学者や技術者が毒素や廃棄物の発生を避ける化学物質、プロセス、製品を設計することを奨励することで、EPAの目標を発展させています。^{[ 50 ]}

農薬、食品、医薬品を除くほとんどの工業用化学物質を規制する米国の法律は、 1976年の有害物質規制法（TSCA）です。米国におけるグリーンケミストリーの発展を形作る規制プログラムの役割を検証したアナリストは、TSCAの構造的欠陥と長年の弱点を明らかにしました。たとえば、2006年のカリフォルニア州議会への報告書は、TSCAが化学物質の機能、価格、性能に比べて有害性を軽視する国内化学物質市場を生み出したと結論付けています。^{[ 51 ]}学者たちは、このような市場状況が米国におけるグリーンケミストリーの科学的、技術的、商業的成功に対する主要な障壁となっており、これらの弱点を是正するためには根本的な政策変更が必要であると主張しています。^{[ 52 ]}

1990年に制定された公害防止法は、環境問題が発生する前に予防することで、公害に対処するための新たなアプローチを促進するのに役立った。

1990年の汚染防止法が可決された後、米国ではグリーンケミストリーの人気が高まりました。この法律は、汚染は処理や廃棄ではなく、設計や製品の改善によって低減されるべきであると宣言しました。これらの規制は、化学者に汚染を再考し、大気中の毒素を制限する方法を研究するよう促しました。1991年、EPAの汚染防止・有害物質局は、環境と人間の健康への影響を制限するために化学製品やプロセスの研究と再現を奨励する研究助成プログラムを創設しました。 ^{[ 53 ]} EPAは、グリーンケミストリーの開発と利用による経済的および環境的利益を奨励するために、毎年グリーンケミストリーチャレンジを開催しています。^{[ 54 ]}

2008年、カリフォルニア州はグリーンケミストリーを促進することを目的とした2つの法律を承認し、カリフォルニア・グリーンケミストリー・イニシアチブを開始しました。これらの法律の1つは、カリフォルニア州有害物質管理局（DTSC）に対し、「懸念される化学物質」を優先し、有害化学物質をより安全な代替品に置き換えることを促進するための新しい規制を策定することを義務付けました。その結果として制定された規制は2013年に発効し、DTSCのより安全な消費者製品プログラムが開始されました。^{[ 55 ]}