HANGİSİ DAHA YEŞİL? (12 + 12 Temel İlke )

İnsanoğlu yüzyıllardan beri hayatı kolaylaştırma ve yaşam kalitesini artırmaya çalışmaktadır. Bu amacı gercekleştirmek için üretilmekte olan sentetik maddeler artık modern toplumların yaşamında önemli bir yer tutmaktadır. 

Dünyamız üretilmekte olan kimyasal maddelerle doludur. Halen bilinen kimyasal madde sayısı 12 milyonun üzerindedir. Her hafta yaklaşık 6.000 yeni kimyasal keşfedilmekte ve bu listeye katılmaktadır. Günlük kullanımda olan madde sayısı 70.000 dolayındadır. 

Bu maddeler bir yandan günlük yaşantımızı kolaylaştırırken, diğer yandan yarattığı çevre ve sağlık tehlikeleri insanlığı tehdit etmektedir. Hızlı ve bilinçsiz sanayileşmenin yarattığı bu sorunlar 1970'li yıllardan itibaren artmış ve tartışılmaya başlanmıştır. Bu tartışma toplumsal bilincin ve çevre duyarlılığının artmasına koşut olarak giderek artmaktadır. Tartışmalar ne yazık ki endüstriyel tesislerin ürettikleri atıklar ve atık yönetimi ile sınırlı kalmaktadır. 

Sanayi tesisleri üretim esnasında bir miktar da atık üretirler. Atıklar sadece endüstriyel tesislerden gelmez. Tüm doğal ve yapay süreçlerin kaçınılamaz bir sonucudur. Bu atıklar ya çevrede depolanır; ya da uygun yollarla giderilir(bertaraf edilir). Atıklar doğru yönetilmediği taktirde çevre ve insan sağlığı için önemli bir tehdit oluşturur. Bu tehlikenin büyüklüğü, sanayileşme oranına ve seçilen teknolojiye çok bağlıdır. Bu atıkların birçoğu insan sağlığına zararlı olup tehlikeli atık olarak sınıflandırılmaktadır. 

Sadece atığı azaltmak, ya da atığı doğru yöntemle gidermek yeterli midir? Elbette ki hayır. Günümüzde sadece atığa bakarak herhangi bir ürünün çevre dostu olduğunu söylemek ne yeterli, ne de doğru değildir. 

Bizimki çevre dostu (mu?) 

Birçok mal ve hizmet satan firmalar kendi ürünlerinin ne kadar çevre dostu(?) olduğunun propagandasını yapmakta, böylece rakiplerine üstünlük sağlamaya çalışmaktadır. Bu propogandayı yapanların doğru söyleyip söylemediğini anlamanın bir yolu var mı? Evet, var.

Herhangi bir üretim teknolojisinin çevre dostu sayılabilmesi için en azından aşağıdaki üç koşulu sağlaması gerekir: 

1.Yenilenebilirlik 

2.Bozunabilirlik ( Degrade olabilme) 

3.Üretim Sürecinin temizliği 


Ama ya herkes bu üç koşulu da yerine getiriyorsa ne olacak? İşte o zaman hangisinin daha çevre dostu olduğunu anlamak için yeni koşutlara gereksinimimiz olacaktır.

Yeni yaklaşım: Yeşil Kimya ve Yeşil Mühendislik

Son yıllarda kimyasal maddelerin üretimi için çevre dostu teknolojilerin kullanımını sağlamak amacıyla " yeşil kimya " kavramı ortaya atılmış ve programlar başlatılmıştır. Bu kavram hem endüstride hem de akademik çevrelerde giderek taraftar bulmuştur. Konulan uluslararası ödüller de programın yaygınlaşmasına neden olmuştur. Günümüzde sadece yeşil kimya araştırmalarının yayınlandığı bilimsel dergiler mevcuttur[1]. Yeşil kimya yaklaşımı, tüm dünya üniversitelerinde olduğu gibi ülkemizde de kimya ve kimya mühendisliği bölümlerindeki ders programlarına girmeye başlamıştır. 2008-2009 bahar yarıyılından itibaren bizim bölümümüzde de "Yeşil Kimya ve Temiz Üretim Teknolojileri" adı ile yeni bir ders seçmeli olarak açılmış bulunmaktadır[2]. Öğrencilerimizin bu derse ilgi duyacaklarını umuyorum. 

Yeşil Kimya veya Çevre için tehlikesi olmayan kimya; tehlikeli kimyasalların oluşumunu önleyecek veya azaltacak şekilde ürün ve süreçlerin tasarımı olarak tanımlanmaktadır. Bu nedenle , yeşil kimya yaklaşımında, atık oluşumu, enerji ve doğal kaynak kullanımının azaltılması gibi birçok konuda çaba sarf edilmesi gerekmektedir. İki kimyasal sürecin hangisinin çevresel olarak "daha kabul edilebilir", ya da daha "yeşil" olduğunu hızlı bir şekilde değerlendirmek için tüm akademik çevreler ve endüstri tarafından kabul gören 12 temel ilke vardır[3]. Bu ilkeleri şöyle sıralayabiliriz: 


1.Önleme: Bir atığın oluşumunu önlemek, atık oluştuktan sonra onun arıtılması ve temizlenmesinden daha uygundur. Bu nedenle, atık çıktıktan sonra onu nasıl gidereceğimizi kara kara düşünmek yerine, atığın oluşumunu engellemeye çalışmak ana amaç olmalıdır. 

2.Atom ekonomisi: Üretim sürecine giren tüm malzemelerin, son ürün içindeki miktarını, enerjisini enbüyükleyecek (maksimize edecek) üretim süreçleri tasarlanmalıdır. Bu da ancak enaz(minimum) yan ürün ve atığın olduğu süreçler ile olanaklıdır. 

3.Tehlikeli kimyasalların azaltılması: Mümkün olduğu kadar, çevre ve insan sağlığına etkisi çok az olan veya tehlikesiz maddelerin kullanımını ve üretilmesini temin edecek üretim süreçleri tasarlanmalıdır. 

4.Güvenli kimyasalların tasarımı: Kimyasal süreçler, o ürünlerden beklenen başarımı(performansı) koruyarak , zehir (toksik) etkilerini en aza düşürecek şekilde tasarlanmalıdır. Çevre ve insan sağlığına zararlı olduğu bilinen kimyasal maddeler üretilmemelidir. Onların zehir etkilerini en aza düşürecek tasarım çalışmaları yapılmalıdır. 

5.Güvenli çözücüler ve yardımcı maddeler kullanımı: Üretim esnasında yardımcı maddelerin ( örneğin çözücüler, ayırma maddeleri vb.) mümkünse kullanılmaması veya kullanılmak zorunda kalınırsa en tehlikesizinin seçilmesi. 

6.Enerji tasarrufu: Kimyasal süreçlerin enerji gereksinimleri, çevresel ve ekonomik etkileri göz önüne alınarak belirlenmeli ve enküçüklenmelidir. Üretim süreçleri mümkün olduğu kadar atmosferik basınçta ve oda sıcaklığında gerçekleştirilmelidir. Böylece üretim esnasında daha az enerji harcanmış olur. 

7.Yenilenebilir besin kaynaklarının kullanımı: Teknik ve ekonomik olarak olanaklı olduğu taktirde tükenen kaynaklar yerine yenilenebilir ham madde ve besin kaynakları tercih edilmelidir. 

8.Yan ürünlerin azaltılması: Gereksiz işlemler ( gereksiz engelleyici gurupların kullanımı, koruma/ korumanın kaldırılması, kimyasal/fiziksel süreçlerin geçici olarak değiştirilmesi gibi) mümkün olduğunca azaltılmalı veya kullanılmamalıdır. Çünkü bu işlemlerin her birinde gereksiz maddeler kullanılır ve atık oluşabilir. 

9.Katalizler: Katalizör maddeler ( mümkün olduğu kadar seçici olmak koşuluyla) daima stokiyometrik kimyasallardan daha üstündür. Üretim sürecinde katalizörler kullanılarak verim artırılabilir. 

10.Bozunmanın tasarımı: Kimyasal ürünler, ömrünü tamamladıklarında , doğada atık olarak kalmayıp, çevreye zararlı olmayacak bozunma ürünleri vererek parçalanabilecek şekilde tasarlanmalıdır. 

11.Kirliliği önlemenin izlenmesi ve çözümlenmesi: Tehlikeli maddelerin oluşumundan önce üretim sürecinin sürekli izlenmesine ve kontrol edilmesine olanak sağlayacak ileri analitik yöntemlerinin geliştirilmesine çalışılmalıdır. 

12.Kazaların önlenmesi için daha güvenli kimya: Bir kimyasal süreçte kullanılacak maddeler ve bu maddelerin fiziksel formu, yangın, patlama veya sızıntı gibi kimyasal kaza risklerini en aza indirecek şekilde seçilmelidir.

Görüldüğü gibi sadece atıkları azaltmak ve atıkları yönetmek çevre dostu olmaya yeterli değildir. Bu nedenle sadece atık tartışmaları yapmak konunun diğer boyutlarının gözardı edilmesine neden olmaktadır.

Ancak, bu 12 temel ilke birçok çevresel unsuru kapsamadığından bazen yetersiz kalmaktadır. Örneğin, bir ürünü veya süreci tam anlayabilmek için yaşam çevrimi değerlendirmesi gerekir. Ya da ısıveren(ekzotermik) bir tepkimenin enerjisinin geri kazanılabilirliğinin düşünülmesi gerekir.Bu nedenle Anastas ve Zimmerman bu 12 ilkeyi daha sonra yeniden tanımlamaya çalışmışlar ve "Yeşil Mühendisliğin İlkeleri"ni ortaya koymuşlardır[4]. Yeşil mühendisliğin 12 temel ilkesi aşağıda verilmektedir:

1. Tasarımcılar tüm madde ve enerji giriş/çıkışlarının mümkün olduğu kadar tehlikesiz olması için çaba göstermelidirler.
2. Atık oluşumunu önlemek, oluşan atığı arıtmak ve önlemekten daha iyidir.
3. Ayırma ve saflaştırma işlemleri tasarımın ayrılmaz bileşenleridir.
4. Sistem bileşenleri kütleyi, enerjiyi ve çevrim hızını enbüyükleyecek şekilde tasarlanmalıdır.
5. Sistem bileşenleri, girdiler tarafından itilmemeli, enerji ve malzemenin kullanımı yoluyla çıktılar tarafından çekilmelidir.
6. Geri dönüşüm, yeniden kullanma veya yararlı bir düzenleme için tasarım seçimi yapılırken süreçteki entropi ve karmaşıklık bir yatırım olarak gözden geçirilmelidir.
7. Sonsuz bir dayanıklılık ve ömür değil, hedeflenmiş belli bir ömür ve dayanıklılık tasarımın ana amacı olmalıdır.
8. Gerekli olmayan kapasite veya yetkinlik için tasarım, bir tasarım hatası olarak düşünülmelidir. Bu, bütün sorunların çözümü için tek bir mühendislik yaklaşımını da kapsar.
9. Çok bileşenli ürünlerde değerin korunması ve söküm kolaylığı için tek tip malzeme kullanımı tercih edilmelidir(malzeme çeşitliliğinin enküçüklenmesi).
10. Süreç ve sistemlerin tasarımı temin edilebilir enerji ile malzeme akışı arasındaki bağlantıları da kapsayan bir bütünsellik içermelidir.
11. Başarım(performans) ölçümü, "ömrünü tamamladıktan sonraki yaşamı" da göz önüne alan bir ticari başarım tasarımını kapsamalıdır.
12. Tasarım, tüm yaşam çevrimi boyunca kolay temin edilebilir ve yenilenebilir girdileri temel alarak yapılmalıdır.

Gerek yeşil kimyanın, gerekse yeşil mühendisliğin ilkeleri oldukça uzun olup, 1-2 derste anlaşılması pek de kolay değildir. Bu güçlüğü yenmek ve öğrenciler tarafından kolayca hatırlanmasını sağlamak amacıyla Tang ve arkadaşları İlkleme(Akrostiş)* kullandılar ve yeşil kimyanın temel ilkelerini İngilizce "PRODUCTIVELY" ilklemesi ile yeniden ifade ettiler[5]. 

Yeşil Kimyanın İlkeleri

Prevent wastes  (Atıkları önle)

Renewable materials ( Yenilenebilir malzemeler)

Omit derivatization steps (Yan ürün oluşumunu engelle)

Degradable chemical products (Bozunabilir kimyasal ürünler)

Use safe synthetic methods (Güvenli yapay yöntemler kullan)

Catalytic reagents (Katalizörler)

Temperature, Pressure ambient (Çevre sıcaklığı ve basıncında)

In-process monitoring (Şüreçte izleme)

Very few auxilary substances (Az yardımcı madde kullanımı)

E-factor, maximize feed in product (V-Faktörü, Ürün hızını enbüyükleme)

Low toxicity of chemical product (Daha az zehirli kimyasal ürünler)

Yes it's safe (Evet, o şimdi güvenli)

Bu gösterimin tutması ve başkaları tarafından da kullanılması nedeniyle "Yeşil mühendisliğin ilkelerini" de benzer bir ilkleme ile "IMPROVEMENTS" olarak ifade ettiler[6]. 

Yeşil Mühendisliğin İlkeleri

Inherently non-hazardous and safe (Doğuştan tehlikesis ve güvenli)

Minimize materials diversity (Malzeme çeşitliliğini enküçükle)

Prevention intead of treatment (Arıtma yerine önleme)

Renewable material and energy input (Yenilenebilir malzeme ve enerji girişi)

Output-led design (Çıktının sürüklediği tasarım)

Very simple (Çok basit)

Efficient use of mass, energy, space & time (Kütle,enerji, hacim ve zamanın etkin kullanımı)

Meet the need (Gereksinimin karşılanması)

Easy to separate by design (Kolay ayrılabilir tasarım)

Networks for exchange of local mass & energy (Yerel enerji ve kütlenin değişimi için ağlar)

Test the life cycle of the design (Tasarımın yaşam çevrimini test edin.)

Sustainability throughout product life cycle (Ürün yaşam çevrimi yoluyla sürdürülebilirlik)

Böylece İngilizce bilenler yeşil kimya ve mühendisliğin temel ilkelerini "IMPROVEMENT PRODUCTIVELY" olarak kolayca öğrenecek ve hatırlayabileceklerdir. 

Biz de İlkleme (akrostiş) yapalım mı? 

Sizlerden yukarıdaki yeşil kimya ve mühendisliğin 12 + 12 ilkeleri için ilkleme önerileri bekliyorum. Önereceğiniz ilkleme sözcük, bileşik sözcük veya cümle olabilir. Bu türetmeyi yapabilmeniz için ilkelerin sırasını değiştirebileceğiniz gibi, herhangi bir ilkeyi, anlamını bozmamak koşuluyla yeniden yazabilirsiniz. Böylece bu ilkelerin geleceğin mühendisleri tarafından kolay öğrenilmesi veya hatırlanmasına katkıda bulunmuş olursunuz.

Önerilerinizi bekliyorum.  

Prof.Dr. Veli DENİZ

Kocaeli Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü 


KAYNAKLAR:

Green Chemistry, www.rsc.org/greenchem
Dersin içeriği için: http://mf.kocaeli.edu.tr/kimya/ bağlantısına gidiniz.  
Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press, Oxford, (1998.)
P.T. Anastas ve J. B. Zimmerman, Environ. Sci. Technol., 37, 94A (2003)
S.L.Y. Tang ve diğ. Green Chemistry, 7, sayfa 761 (2005).
S.L.Y. Tang ve diğerleri., Gren Chemistry, 10, sayfa268 (2008)

* ) İlkleme (akrostiş): Dizelerinin ilk harfleri yukarıdan aşağıya doğru okunduğunda anlamlı bir sözcük oluşturan şiirlere verilen addır.