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Sommario del corso
Prof. Attilio Citterio
Dipartimento CMIC “Giulio Natta”
http://iscamap.chem.polimi.it/citterio/it/education/course-topics/
Tel. : 02-23993082
E-mail: [email protected]
School of Industrial and Information Engineering
Course 096125 (095857)
Introduction to Green and Sustainable ChemistryA.A. 2018/2019
Attilio Citterio
Estremi del Corso
Lezioni: Martedì 12.15-15.15 (aula S.1.6)
Mercoledì 13.15-16.15 (aula B.5.5 / LAB MA1)
Venerdì 13.15-16.15 (Aula 9.0.3 / LAB MA1)
Lab. Mancinelli (Mercoledì o Venerdì)
dal 18/09/2018 al 21/12/2018 (lez.: 34(8) + 17(5) h, lab.: 12 h, Es.: 16(8).
Lucidi di PowerPoint in pdf (adobe acrobat) a:
http://iscamap.chem.polimi.it/citterio/education/course-topics/it/(Green Chemistry)
Requisiti: almeno 5 crediti di Chimica Generale (e 5 crediti di Chimica Organica).
Corso predisposto per:
Ingegneri Chimici e Ingegneri della Sicurezza (5 crediti), Ingegneri Ambientali (primo e secondo livello, 8 crediti) che sono interessati al futuro delle attività umane sul pianeta Terra.
Attilio Citterio
Localizzazione delle Aule
Complesso
Mancinelli
Aula 9.0.3
3
Aula B.5.5
Aula S.1.6
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Temi Affrontati nel Corso
L1 – Fondamenti di Chimica Verde (GC) e di Ingegneria Verde (GE)
L2 – Applicazione dei dodici Principi di Chimica Verde e Ingegneria
Verde
L3 – Ecologia Industriale
L4 - Tossicologia
L5 - Energia e Chimica Verde
L6 – Ottimizzazione di Processi Chimici e
Intensificazione di processo
L7 – Materie prime da Biomasse e Bioprocessi
L8 – Sicurezza Intrinseca
L9 – Esempi di problemi e soluzioni di Chimica
Verde (LCA, Riciclo, VOC, Sostituzione di
prodotti chimici)
Attilio Citterio
Sviluppo Sostenibile
La sostenibilità è una parte cruciale della presente e futura tecnologia:
‘… soddisfare le necessità del presente senza compromettere le possibilità delle future generazioni di soddisfare le loro necessità
’
Commissione Brundtland, UN Earth Summit 1992
Rio de Janeiro, Brazil
Alcune declinazioni:
Non si deve sistematicamente alterare le distribuzioni naturali dei
componenti della crosta terrestre (es. metalli pesanti)
Non si deve sistematicamente incrementare le sostanze persistenti
prodotte dalla società (DDT, CO2, CFC, ecc.)
Non si deve sistematicamente deteriorare le basi fisiche dei cicli naturali
produttivi della terra
Bisogna realizzare un uso oculato ed efficiente delle risorse rispettando il
soddisfacimento delle necessità umane.
The Natural Step (Sweden)
Attilio Citterio
9
Preoccupazioni per le Risorse Comuni
Le risorse comuni (globali) sono oggetto di attenzione nell’ecologia industriale e nell’ingegneria sostenibile perché la disponibilità limitata di queste risorse può ostacolare il progresso dovuto alla moderna tecnologia.
Esempio : Relazione tra attivitàittiche, costo e reddito.
TR = reddito totale E = livello di attività ittica MEY = max. resa economica MSY = max. resa sostenibile OA = accesso libero
“The Question of the Commons” B.J. McCay and
J.A. Acheson Eds. Tucson , 311-326, 1987
Attività ittica
Reddito Costo
EMSY EOAEMEY
TCMEY
TRMEY
Attilio Citterio
Regimi Socio-Ecologici
nella Storia Umana
uso annuale pro capite
Energia Materiali
2 A. Citterio, POLITECNICO DI MILANO – Dipartimento CMIC - Via Mancinelli, 7 – 20131 Milano
Metabolismo umano di base(immissione di biomasse via nutrizione)
3.5 GJ 1 t
Cacciatori-raccoglitori(uso incontrollato dell'energia solare)
10-20 GJ 2-3 t
Società Agricola(uso controllato dell'energia solare)
60-80 GJ 4-5 t
Società Industriale/Tecnologica (uso di energia fossile)
250 GJ 20-22 t
Attilio Citterio
11
Quantificazione della Sostenibilità
Degli obiettivi realistici e difendibili per la sostenibilità e la loro attuazione
non sono facili da stabilire in pratica, ma si possono assumere i seguenti
principi come ragionevole direttiva:
Stabilire la velocità limite nell’uso della componente ambientale,
economica o azionaria
Allocare i limiti permessi con un metodo adeguato a tutto ciò che è
influenzato da tale limite.
Confrontare l’attuale situazione con l’assegnazione consentita
Considerare le potenziali azioni correttive.
Spesso è necessario scegliere un orizzonte temporale nell’arco del quale
si deve valutare la sostenibilità. Generalmente un intervallo di 50 anni
(cioè grossomodo due generazioni umane) è considerato un periodo
ragionevole per una valutazione.
Attilio Citterio
Legare le Attività Industriali alla
Sostenibilità: i Grandi Obiettivi
Molte delle discussioni sulla sostenibilità implicano perturbazioni
ambientali ed è utile considerare come queste questioni si possano
mettere in ordine di priorità. Dalle analisi finora condotte emergono i
seguenti Grandi Obiettivi:
• Ω1 : mantenimento dell’esistenza della specie umana
• Ω2 : mantenimento della capacità per uno sviluppo sostenibile e la
stabilità dei sistemi umani
• Ω3 : mantenimento della diversità della vita
• Ω4 : mantenimento della ricchezza estetica del pianeta terra.
Stante il fatto che questi obiettivi sono universali, si deduce che per
raggiungerli esistono alcuni requisiti fondamentali da soddisfare. Per es.
il primo richiede di minimizzare la tossicità e l’uso di risorse fondamentali,
il secondo di disporre di adeguate materie prime ed energia, il terzo di
mantenere aree naturali protette, il quarto di controllare gli scarti e le
emissioni, e, in generale, di non degradare l’ambiente.
Attilio Citterio
Sviluppo Sostenibile = Bilancio tra 3
Requisiti Primari:
I tre fondamenti della Sostenibilità:
I bisogni della società
(l’obiettivo sociale)
L’impiego efficiente delle scarse
risorse (l’obiettivo economico)
La necessità di ridurre la
pressione sull’eco-sistema al
fine di mantenere le basi
naturali per la vita (l’obiettivo
ambientale).
Profitto
ECONOMICO
Bisogni
SOCIALI
EquitàEco –
efficienza
Vivibilità Rispetto
AMBIENTALE
Sostenibilità
Nella comunità economica la sostenibilità è etichettata “the triple bottom line”
Attilio Citterio
La Chimica Contribuisce su Tre Livelli allo
Sviluppo Sostenibile
La chimica può contribuire allo sviluppo sostenibile a tre diversi livelli :
1. Fornire prodotti chimici che fondano e assicurano ricchezza
sociale ed economica.
2. Conservare le risorse sviluppando:
a. Processi chimici più efficienti
b. Fonti rinnovabili di energia
c. Prodotti chimici che aumentano significativamente l’efficienza dei
processi di produzione e dei prodotti in altre aree,
d. Prodotti che permettono ai consumatori di usare le risorse più
efficientemente,
e. Una progettazione di prodotto basata sul concetto di riciclo, e
f. Prodotti che si basano su risorse rinnovabili.
3. Gestire le risorse, sostanze e materiali in maniera salubre e
ambientalmente compatibile.
M. S. Reisch, Chem. Eng. News 79(36), 17 (2001).
Attilio Citterio
E’ Essenziale che Chimici, Ingegneri e
Pubblici Amministratori Prestino
Maggiore Attenzione alle Conseguenze
Ambientali dei Prodotti Chimici e dei
Processi ed Attività Correlate con cui
questi Prodotti sono Realizzati
Nuova Sensibilità
Non si deve dimenticare la nostra
impronta chimico-ecologica
Attilio Citterio
Risorse
Illimitate
Componente
Ecosistema
Degradazione
illimitata a scarto
Tipo I
Scarti
Limitati
Componente
Ecosistema
Componente
Ecosistema
Componente
Ecosistema
Energia e
Risorse Limitate
Tipo II
Componente
Ecosistema
Componente
Ecosistema
Componente
Ecosistema
Energia e
Risorse Limitate
Tipo III
Ecologia Industriale (Obiettivi)
Gli ATOMI nei Rifiuti non differiscono da quelli nelle Materie Prime!!!
Attilio Citterio
Terra e biosfera
Acquisizione
materie prime
Lavorazione
primaria
Materiali
ingegnerizzati
e di specialità
Produzione e
assemblaggio
Utilizzo e
assistenza
Raccolta
Trattamento
discarica
Ri-ciclo
Ri-fabbricazione
Ri-uso
Circuito
aperto
Recupero
Cicli di Produzione Integrata(Ciclo di Vita dei Prodotti, Incluse le Attività-Ri)
Scarti
Attilio Citterio
Ecologia industriale =
scienza della sostenibilità
con enfasi sull’attento uso e
riuso delle risorse
Chimica verde (per la
Sostenibilità)
scienza delle trasformazioni
chimiche a basso impatto
ambientale attenta all’uso efficiente
delle risorse e dell’energia
Ingegneria Verde (per la Sostenibilità) e Sicurezza Intrinseca =
scienza e tecnologia rivolta alla riduzione/ eliminazione dei pericoli
associati ai materiali usati e alle operazioni, con inserimento
permanente ed inseparabile nella tecnologia di processo
Ecologia
industriale
Sviluppo
sostenibile
(DfE)Progettazione
per l’ambiente
Chimica
Sostenibile
Ingegneria
sostenibile
Ecologia Industriale - Chimica per la Sostenibilità
- Sicurezza Intrinseca – Ingegneria Sostenibile
Attilio Citterio
Via allo Sviluppo Sostenibile
Approcci pratici Supporti Operativi
Obiettivo
strategico
Sviluppo
sostenibile
Chimica Verde
Ingegneria
Verde
Ecologia
Industriale
Energia
rinnovabile
Catalisi
Gestione reflui
Intensificazione di
processo, fonti
Mezzi per il
monitoraggio
Valutazione
Ciclo di vita
Metrica Verde
PAT e QdB
Attilio Citterio
CHIMICA VERDE PER LA SOSTENIBILITA'
DEFINIZIONE (“Americana”)
La Chimica Sostenibile è l’utilizzo di un insieme di principi atti a ridurre o eliminare l’uso o la generazione di sostanze pericolose nella progettazione, produzione e impiego dei prodotti chimici*.
LA CHIMICA SOSTENIBILE SI INTERESSA DI:• Minimizzazione degli scarti alla Fonte, Energia e Risorse
• Uso di Catalizzatori anziché di Reagenti
• Uso di Reagenti e Intermedi Non-Tossici
• Uso di Risorse Rinnovabili
• Riciclo dei prodotti e materiali
• Miglioramento dell’Efficienza Atomica e del parametro E
• Uso di Sistemi senza Solvente o con Solventi Riciclabili ambientalmente benigni, ….. ecc.
* Green Chemistry Theory & Practice, P T Anastas & J C Warner, Oxford University Press 1998
Attilio Citterio
Ingegneria Verde: Obiettivi dei Principi
• Fornire un contesto
Applicabile
Efficace
Appropriato
• Applicarla a tutte le discipline
Chimica, Civile, Ambientale, Meccanica, Sistemi …
• Applicarla nei vari stadi di progettazione
Architettura molecolare per costruire composti chimici
Architettura di prodotto per creare un oggetto d’uso
Architettura urbana per costruire una città
Attilio Citterio
Cosa è “Verde”?
Sostenibile
Più benigno e più compatibile per la gente e per il pianeta
La
Strada
per la
Sostenibilità
Energia pulita
Fonti rinnovabili
ProdottiPuliti
EcologiaIndustriale
EPA vision
Attilio Citterio
”Dalla nascita alla morte”
Impatti su:
• Salute umana
• Ecosistemi
• Risorse
Valutazione dell’Impatto del Ciclo di Vita
Attilio Citterio
Pensare in Base al Ciclo di Vita
Pensare in
Base al
Ciclo di Vita
Supporto alle
Decisioni di
Sostenibilità
Il processo da tener presente nel prendere decisioni, per quanto
possibile, in merito a tutte le implicazioni su risorse, consumi, ambiente,
salute, socialità e economia associate al ciclo di vita di un prodotto
(bene o servizio), considerando per es. l’estrazione delle risorse, la
produzione, l’uso, il trasporto, il riciclo e lo smaltimento degli scarti.
Questo processo aiuta ad evitare lo "spostamento del danno", cioè degli
impatti o del consumo delle risorse, fra le fasi del ciclo di vita, aree
geografiche, e problemi ambientali e di salute umana, quali il
cambiamento climatico, lo smog fotochimico, le piogge acide, ecc..
Attilio Citterio
Risorse
Rinnovabile Non rinnovabile
Energia Solare
Aria, Vento
Suolo, Piante
Acqua, Maree, Correnti
Comb. FossiliPetrolioCarbone
Gas Naturale
Minerali non metallici
SaliFosfati
Mineralimetallici
FerroRame
Alluminio
Fonti/Risorse = Materia Ottenuta dall’Ambiente
(vivente o non) per Soddisfare i Bisogni Umani
Attilio Citterio
Sostenibilità Globale delle Fonti:
Il Ciclo Globale del Rame, 1990-2000 (Kt)
Confini del Sistema (Sistema Chiuso): "STAF World"
Nuovi Scarti 580
Catodo
1,550
Ritagli,
Scorie
250
10,710
Lit. - 10,710
Ritagli
rilavorati
11,550
1,360
680
MineraleProdotti
11,650
Vecchi Scarti
Discarica,
dissipati
1,810
Rifiuti
3,850
Riserve +3,110
2,040
Trattamento
Reflui
Produzione
laminatoi,
fonderie,
raffinaz.
Uso
7,800
Fabbricazione
e produzione
Riserve
200
Riserve
Attilio Citterio
Chimica Biotech Agronomia
Industria
Petrolchimica
Agricoltura
e Foreste
Componenti
fondamentali
Prodotti
di consumo
ProduzioneRiciclo
Ingegnerizzazione
Lavorazione
Fonti (Non Rinnovabili e Rinnovabili/Verdi)
Attilio Citterio
Biotecnologia Industriale (IB) Catena del Valore
Di
massaBiocombustibili
H2
Etanolo
Zuccheri(Sotto)-
prodotti
agricoli
Biochimici Ingredienti cibo
Farmaci, Prodotti
della Chimica Fine
Biomateriali
Acido polilattico
1,3-propanediolo
PHA
Trattamento fisico
e/o enzimatico
(Micro-)organismi
biocatalisiFine
Fonte: DSM (2004): Industrial (White) Biotechnology
Attilio Citterio
Fonti Energetiche
La maggior parte dell’energia usata dall’uomo è ricavata da varie fonti,
alcune primarie, altre derivate da queste
Fonti Primarie:• Energia solare
• Energia lunare
• Energia geo
– Geotermica
– Nucleare
Fonti Derivate:
• Primo ordine
• Combustibili Fossili
• Biomasse
• Cadute d’Acqua
• Maree
• Vento
• Onde
• Secondo ordine
• Elettricità
• Animale
• Umana
Valori medi della
distribuzione dei
consumi di
energia (in TW)
Totale: 13.0 ,
U.S.A.: 3.3 ,
Italia : 0.25
(TW = Terawatt)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
Petro
lio
Gas
Ca
rbo
ne
Idro
Bio
ma
ss
e
Rin
no
vab
ili
Nu
cle
are
4,52
2,70 2,96
0,286
1,21
0,280,828
TW
Attilio Citterio
30Sostenibilità delle Fonti Energetiche:
Potenziale del Mercato dei Combustibili
X1 : la valutazione indica un potenziale teorico per I biocombustibili fino al 9%.
X2 : questa valutazione indica un potenziale teorico per I biocombustibili fino ad
1/3 dell’attuale mercato dei combustibili.
Attilio Citterio
Biocombustibili:
Biocarburanti di Prima Generazione
Bio-etanolo
Miscela con
o sostituto
della
benzina
Zuccheri:
barbabietola da zucchero;
canna da zucchero;
Amidi: cereali
[fermentazione+]
Biodiesel
Processi di Produzione
Miscela
con o
sostituto
del diesel
Oli Vegetali:
olio di colza, di
girasole, di palma
[esterificazione+]Resa: 1,300 l/ettaro per
anno equivalente diesel
Bilancio CO2: -(40-60%)
Resa: 2,500 l/ettaro per
anno equivalente diesel
Bilancio CO2: -(30-80%)
Attilio Citterio
Riscaldamenti Alternativi (vecchi e nuovi)
Microonde bagno mantello becco
ad olio riscaldante Bunsen
Attilio Citterio
Progettazione per l’Ambiente (DfE):
Sviluppo Integrato di un Prodotto
Tecnico
EcologicoEconomico
Materie prime Produzione Uso Fine vita Materie prime Produzione Uso Fine vita
Criteri
Progettazione Azioni
Cambio obiettivo
Cambio funzione
Cambio principio
di lavorazione
Cambio progetto
Cambio materiali
Attilio Citterio
Ecosistemi Naturali e Industriali e DFE:
Metabolismo Industriale
Analogia tra sistemi industriali e sistemi naturali:
entrambi hanno cicli di energia e nutrienti/materiali.
strategie della natura per far fronte alla sostenibilità:
• riciclaggio/decomposizione
• ripristino
• conservazione e controllo della popolazione
• permanenza in loco delle tossine
• funzione multiple di un organismo
Attilio Citterio
35Ecologia Industriale: Integrazioni di Fonti e Scarti:
Parchi Eco-industriali e Simbiosi Industriale
L’esempio più noto è quello del
parco di Kalundborg.
Questo implica 5 aziende:
• La centrale termica “Asnæs”,
alimentata a carbone
• La raffineria “Statoil”
• Un produttore di cartongesso,
Gyproc
• Un’azienda biotec, la Novo
Nordisk
• L’acquedotto municipale e il
teleriscaldamento
Centrale termicaImianto
produzionegesso
serre
ImpiantoFarmaceuticoEnzimi
Fattorie locali
Allevamentopesci
Cementificio
Industria acido solforico
zolfo Acqua calda
RaffineriaStayoil
vapore diprocesso
Acquacalda
ceneri
Surplusgas
gesso
condensato
Scarti chimici
fanghi
Vapore & calore
Gas ineccesso
Attilio Citterio
NOTA: VOC = composti organici volatili, TRI = inventario rilasci tossici, ODS = sostanze che riducono
l’ozono, GLW = Reflui, TOC = carbonio organico totale, BOD = richiesta biologica di ossigeno.
Processi:
Misure Usate nella Produzione Chimica
Materiale di
imballaggioKgs/Kg prodotto
Materie prime
Kgs/Kg prodotto
% rinnovabile
AcquaLitri/Kg prodotto
EnergiaEnergia (Costo/kJ)
Energia Netta (kJ/kg)
Energia Netta (kJ)
Reazioni
chimicheSeparazione e
raffinazione ProdottiEtichettatura
Venditori
Addestramento
Recuperi EnergiaSotto-prodottiKgs/kg prodotto
AtmosferaStrumenti di
controllo emissioni
Sistemi di
controllo
ScartiClassificaz.
Pericolosi
e Non-
pericolosi
Discariche
Incenerimento
Trattamento
Reflui al sistema idrico
Condizione acque
TOC, BOD,Kgs/kg prodotto
Kgs. Scarto pericoloso/kg. prodotto
Kgs. Scarto non pericoloso/kg. prodotto
Altri:
Responsible Care Compliance
Incident Documentation
Worst-Case Scenarios
Environmental Audits
Illness and Injury Frequencies
Employee Wellness
Employee Training
Resa
finale
Ottim. processo
Rese Primo-passo prima-qualità
Percento riusabile, riciclabile, biodegradabile Emissioni particolato
Emissioni VOC
Emissioni TRI
Emissioni ODS
Emissioni GLW
Emissioni piogge acide
Attilio Citterio
Scelta del Processo:
Ossido di Propilene – vie di Sintesi Alternative
• Via Cloridrina
Quantità stechiometriche di
sale CaCl2 di scarto
• Via ARCO
Buona se MTBE si può usare
via tert-butanolo
• Via POSM
Sempre più popolare, ma co-
prodotto stirene
• Ossidazione diretta
Ancora non fattibile ma
studiata da molti aziende.
CH3CH(CH3)CH3 + O2 → (CH3)3COOH
(CH3)3COOH + CH3CH=CH2 → PO + TBA
C2H5C6H5 + O2 → Idroperossido
Idroper. + CH3CH=CH2 → PO + Stirene
CH3CH=CH2 + H2O2 → PO + H2O costi??
CH3CH=CH2 + HOCl → CH3CH(OH)CH2Cl
Ca(OH)2 → PO + CaCl2 + H2O
Ti
silicalite
PO =
O
CH3
≡ CH CH2
O
CH3
Attilio Citterio
RiSPOSTA DELLA COMUNITA’ ALL’EMERGENZA
RISPOSTA ALL’EMERGENZA DI IMPIANTO
PROTEZIONE FISICA (BARRIERE)
PROTEZIONE FISICA (DISPOSITIVI DI SOCCORSO)
AZIONI AUTOMATICHE SIS
ALLARMI CRITICI,OPERATORE SUPERVISIONE & INTERVENTI
CONTROLLI DI BASE, ALLARMI DI PROCESSO,OPERATORE AZIONI
Progettazione
Di Processo
CHIMICA
5 L
ivell
i d
i P
rev
en
zio
ne
4 L
ivell
i d
i M
itig
azio
ne
Sicurezza Intrinseca. Prevenzione/Mitigazione:
Strati di Protezione di un Impianto Chimico
Attilio Citterio
Progettazione di Reazioni e Processi:
Abilitare l'Innovazione in Chimica
Tecnologia
In silico-
Sistemi esperti
Processo
Nanotecnologia
Bio-processo
Proget.
Prodotto
Catalisi
Demand Planning
Campaign Planning
Sistemi di gestione
dei processi
Sintesi
Flessibilità
Efficienza economica
Meno scarti
-100
0 Cooling water/Air
100 D3-Gen.
200 Hot Utility D3 D6
300
400 SourceD31-Gen.
500
Enthalpy
Sink
Cold UtiliDty6-Gen.
D31
R(-20)
STem
pera
ture
[°C
]
Sintesi di
Processo
Attilio Citterio
Intensificazione di Processo:
Aspirazioni dell’Industria Chimica
Dove siamo ... ... e dove vorremmo essere
Attilio Citterio
Intensificazione di Processo:
Esempi di Apparecchiature Intensificate
Attilio Citterio
Intensificazione di Processo:
Reattore Microstrutturato per Epossidazione
Reazione
(microstrutturato)
Mescolamento
(microstrutturato)
evaporazione H2O2
(microstrutturato)
Modello di Sintesi :
Peculiarità:
• Modulare (operazioni
unitarie, capacità)
• Multi-funzione (catalisi e
reazione)
• Reazione sotto pressione
• Reazioni in regimi
esplosivi
CH CH2
O
CH3
CH CH2CH3
+H2O
2( vap) / -H
2O
TS -1> 95%
http://www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com/fileadmin/documents/brochures/uhde_brochures_pdf_en_10000032.pdf
Attilio Citterio
Prevenzione e Riduzione
Riciclo e Riuso
Trattamento
Smaltimento
Sostenibilità del Prodotto e del Processo:
Gerarchia nella Prevenzione dell’Inquinamento
Au
me
nto
So
ste
nib
ilit
à
Attilio Citterio
Segmento Industria Tonnellaggio Rapporto Kg
Sottoprodotti/Kg Prodotto
Raffinazione Petrolio 106 - 10
8<0.1
Chimica di Base 104 - 10
61 - 5
Chemica Fine 102 - 10
45 - 50
Farmaceutici 10 - 103
25 - 100+
R A Sheldon J. Chem. Tech. Biotechnol. 1997, 68, 381
0 20 40 60 80 100
Raffineria
Chimici di base
Chimica fine
Farmaceutici
kg rifiuto/kg prodotto
Processi: Scarti nell'Industria Chimica
Da dove provengono gli scarti?
• Le aree tradizionalmente ritenute più
sporche (raffinazione del petrolio e
produzione chimica di base) sono di
fatto più pulite (in relazione all'elevata
quantità trattata - lo devono essere
per i bassi margini economici).
• Le industrie più nuove con margini di
profitto più alto e che usano chimica
complessa scartano molto di più.
Attilio Citterio
Costi degli Scarti:
nell’Industria Chimica di Specialità
Ripartizione dei Costi di Produzione di Tipici Composti Chimici di Specialità
Materiali Lavoro
Deprezzamento Capitale Rifiuti
Energia & Servizi
Suddivisione dei Costi per i Rifiuti
Materiali
Trattamento eSmaltimento
DeprezzamentoCapitale
Lavoro
Attilio Citterio
AMFAARPAA
AJAASBCAA
ESAA-AECAFFRAA
FEAPRAIRA
NWPAACODRA/NMSPAA
FCRPAMMPAA
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
EPACTFFCACERFACRAA
PPAPPVAIEREAANTPAGLCPAABACZARAWRDAEDPOPARECACAAAGCRAGLFWRAHMTUSANEEA
SDWAASARA
BLRAERDDAAEAWANOPPAPTSAUMTRCAESAAQGANCPA
TSCAFLPMARCRANFMACZMAA
NEPAEQIACAAEPAEEAOSHAFAWRAANPAA
FRRRPASOWADPA
WSRAEARCFHSA
AQA
NAWCA
WQA
NWPA
MPRSAAARPA
HMTA
FCMHSA
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WLDAFWCAA
FWAAEA
AEPA FIFRA PAA
FAWRAMBCANPSWA
IANBRA
AARHAYA
TAFWCA
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NLRAWPA
AQAFOIA
WRPAAFCA
FHSANFMUA
BLBAFWPCAMPRSA
CZMANCA
FEPCAPWSAMMPA
ESATAPA
RCRAAWLDI
APASWDA
CERCLACZMIA
COWLDAFWLCA
MPRSAA
CAAACWA
SMCRASWRCASDWAA
Nu
mero
di le
gg
i
Emissioni/scarti:
Crescita Cumulativa delle Norme Ambientali
Attilio Citterio
Ampiezza dello Spazio Chimico: Numero di
Composti Chimici (Stime EPA, 2015)
Numero di Composti Chimici:
Composti Chimici in Commercio:
Composti Chimici Industriali:
Nuovi Composti Chimici:
Pesticidi:
Additivi Alimentari:
Ingredienti Cosmetici:
Farmaci per l’uomo:
28,000,000
10,000,000
240,000
3-4,000
800
9,500
8,500
3,500
(in milioni di prodotti)
/anno
(in 21,000 prodotti)
(in 50,000 prodotti)
• Limitando la sintesi strettamente alla combinazione di 30 atomi di solo C, N,
O, o S, sono possibili più di 1060 strutture!
• Espandendo gli elementi disponibili ad altri eteroatomi (quali, P e alogeni), i
limiti al numero di possibili strutture supera l’immaginazione.
• Il tutto chiarisce quanto sia ampio lo “spazio chimico”
Attilio Citterio
Rischio = f(Pericolo, Esposizione)
Leggi e Rischio Chimico
Le leggi attuali, con poche eccezioni, riguardano l’inquinamento dopo
che è stato prodotto. In generale si focalizzano su trattamenti o
abbattimenti dell’inquinamento e sono note come leggi di “imposizione e
controllo”. In molti casi esse pongono limiti sull’inquinamento e
tempistiche di adeguamento, con poca attenzione alla possibilità che
scienza/tecnologia possano raggiungere tali obiettivi e con scarso
riguardo all’economicità.
Il Rischio associato ai composti chimici tossici è una funzione del
Pericolo e dell’Esposizione. Le leggi “end of the pipe” tentano di
controllare il Rischio operando sulla prevenzione dell’Esposizione ai
composti chimici dannosi e tossici. Purtroppo piuttosto spesso la
prevenzione dell’Esposizione ha fallito.
Attilio Citterio
Ciclo della Gestione del Rischio e Informazioni
Eco-tossicologiche sui Prodotti Chimici
Tecnosfera
Ambiente
Sostanza
Sostanza +
Prodotti di
Trasformazione
Influenza
Decisioni
Profilo di rischio
Organismi
Bioaccumulazione
Ricerche su Rischio
Incertezza
Intervallo spazio-temporale
Rilascio
Attività Biologica
Attilio Citterio
• La chimica verde, anziché limitare il Rischio controllando
l'Esposizione ai composti chimici pericolosi, tenta di ridurre e
preferenzialmente eliminare il Pericolo evitando la necessità di
controllare l’Esposizione. Essa si fonda sul principio che se non si
usano o producono sostanze pericolose allora il Rischio è zero e
non ci si deve preoccupare di trattare le sostanze dannose o
limitare la nostra esposizione ad esse.
• La chimica verde ha guadagnato un forte posizione nell’area della
ricerca e sviluppo sia nell’industria che nelle università. Molte
conferenze e riunioni si tengono ogni anno su questo tema.
Rischio = f(Pericolo, Esposizione)
Riduzione del Pericolo/Chimica per la Sostenibilità
Controllando il pericolo, non è necessario preoccuparsi dell’esposizione!
Attilio Citterio
Trattati Internazionali: Great Lakes Quality
Agreement (1978) e COP21 (Parigi - 2015)
• Accordo tra U.S. e Canada
• Creata una commissione
congiunta internazionale per stilare
norme e formulare
raccomandazioni su tutte le azioni
che producevano effetti sui Grandi
Laghi, i loro affluenti e le aree
costiere adiacenti.
• Alla conferenza sul clima di Parigi
(COP21) nel Dicembre 2015, 195
paesi hanno adottato la prima
risoluzione universale sul controllo
del clima (per non superare i 2°C).
Attilio Citterio
Trattati Internazionali: Protocollo di Montreal
• Affronta il problema della diminuzione dell’ozono
• Requisiti del Protocollo 1987:– riduzione del 50% nei livelli di produzione dei CFC del1986 entro il
1999
Blocco della produzione dell’halon ai livelli di consumo del 1986
• Emendamento di Londra (1990):
– Dismissione della produzione dei CFCs dal 2000
• Emendamenti del 1992:
– Programma accelerato di riduzione dei distruttrori dell’ozono
• Implementazione in U.S. via Title VI del Clean Air Act:– La produzione di tutte le sostanze di Classe I (CFC, halons, CCl4,
CH3CCl3) dismesse dal 2000
– La produzione di sostanze in Class II (HCFC) dismessa dal 2030
Attilio Citterio
Trattati Internazionali:
Protocollo di Kyoto e Accordo di Parigi
• Il protocollo di Kyoto Intendeva affrontare il problema delle
emissioni di gas serra, sottoscritto nel 1998 da varie
nazioni, ma non ratificato da U.S., Cina, ecc..
• Se ratificato, una nazione doveva:
– Ridurre le emissioni di gas serra (CO2, NOx e CH4) del 7% rispetto
ai livelli del 1990.
– Ridurre HCFC, CFC e HFC del 7% sotto i livelli del 1995 nel
periodo dal 2008 al 2012.
– Conteneva anche disposizioni in cui si potevano ottenere crediti
per le emissioni di gas serra ricorrendo ad attività che riducono il
carbonio, per es. riforestazione.
• Accordo di Parigi (2015) inteso a rafforzare la risposta
globale alla sfida dei cambiamenti climatici, nel contesto di
uno sviluppo sostenibile e sforzi per sradicare la povertà.
Attilio Citterio
Legislazione Europea REACh
La chimica verde è supportata da un contesto di leggi Europee che
prevede crescenti restrizioni in termini di protezione della salute umana e
dell'ambiente …
Norme per ridurre la tossicità di sostanze chimiche
REACh 2006: Regolamento su "Registration, Evaluation, Authorisation
and Restriction of Chemicals". E' entrato in vigore il 1o Giugno 2007 e le
registrazioni sono partite nel 2008, finisce nel 2018.
1999/13/CE : diminuzione delle emissioni dei Composti Organici Volatili
1999/45/CE : direttiva sui prodotti pericolosi
2004/42/CE : direttiva limitanti l’uso dei solventi nelle vernici.
In base al sistema REACh, le aziende che producono o importano più di una tonnellata di una
sostanza chimica all'anno, devono fornire informazioni sulle proprietà della sostanza, presentare
un'analisi del rischio associato all'uso della sostanza, e registrarle in una banca dati apposita presso
l'Agenzia Europea dedicata al proposito: European Chemicals Agency (ECHA English). SITO: http
://echa.europa.eu/home_en.asp
Attilio Citterio
Trattati Internazionali:
International Organization for Standards
• La “International Organization for Standards” (ISO) è una
organizzazione privata non-governativa fondata in Svizzera nel 1947.
• Promuove l’armonizzazione internazionale e lo sviluppo degli
standard di produzione, di prodotto e di comunicazione.
• Rilevante è le serie ISO 14000 – standard di gestione ambientale:
Volontaria
Standard e documenti guida sulla gestione ambientale, eco-
etichettatura, auditing, valutazione del ciclo di vita e valutazione
delle prestazioni ambientali.
Richiama le politiche ambientali che rappresentano un impegno al
rispetto ambientale e alla prevenzione dell’inquinamento.
Intende promuovere nelle organizzazioni dei sistemi efficaci si
gestione ambientale. Gli standard si propongono di fornire degli
strumenti economici che facciano uso delle migliori prassi per
organizzare e applicare le informazioni sulla gestione ambientale.
Attilio Citterio
Green Chemistry:
• P. T. ANASTAS, WILLIAMSON Green Chemistry: Frontiers in benign
chemical syntheses & processes UOP, ISBN No. 0198501706 (1990).
• P. T. ANASTAS, J.C. WARNER, Green Chemistry: Theory and Practice,
UOP, ISBN No. 0198506988 (1990).
• P.T. ANASTAS, HEINE, WILLIAMSON, Green Chemical Syntheses &
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• CANN, CONNELLY Real World Cases in Green Chemistry, ACS, ISBN
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• Di DUNCAN, J. MACQUARRIE, J.H. CLARK, Handbook of Green Chemistry
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Chemistry: Cambridge, UK, 2002.
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• A. Matlack, Introduction to Green Chemistry CRC Press (2001) ISBN
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• K.M. Doxsee, J.E. Hutchinson, Green Organic Chemistry: Strategies, Tools,
and Laboratory Experiments; Brooks/Cole, Thomson Learning Inc., 2004.
Testi sulla Chimica Verde e Sotenibie
Attilio Citterio
Testi sulla Chimica Verde e Sostenibile
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• Girard, J.E. Principles of Environmental Chemistry; Jones and Bartlett: Sudbury, MA, 2005.
• A. Perosa, F. Zecchini, P. Tundo Methods and Reagents for Green Chemistry: An Introduction, Wiley-Interscience (2007) ISBN 0471754005
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• Andraos, J. Org. Proc. Res. Develop. 2005, 9, 149; 404
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Attilio Citterio
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• Roger Arthur Sheldon, Isabel Arends, and Ulf Hanefeld Green Chemistry and
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Bishop, P.E., Pollution Prevention: Fundamentals and Practice, McGraw Hill,
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