Rohekeemik: raiskamine ja saast on märk keemiku mõttelaiskusest

Veel peab rohelises keemias säilima pidev analüütiline kontroll: keemik peab pidevalt teadma, mis tal protsessis toimub.
Veel peab rohelises keemias säilima pidev analüütiline kontroll: keemik peab pidevalt teadma, mis tal protsessis toimub. Autor/allikas: Wellington College/Flickr (CC BY-NC 2.0)

Kui praegu tekib keemiatööstuses palju jääkaineid ning ravimi-, väetiste ja pesuvahendite jäägid kuhjuvad lõpuks loodusesse, siis roheline keemia kui mõtteviis arvestab juba eos kogu toote elutsüklit. Eesti keemik osutab värskes artiklis ravimiarenduse näitel, et rohekeemiat on võimalik rakendada ka suures tööstuses ja sellega keskkonna saastamist vähendada.

"Väidan, et tavaline keemia ei tohigi rohelisest keemiast erineda," ütleb Tallinna Tehnikaülikooli juhtivteadur Mihkel Koel. Ise loeb ta end analüütiliseks keemikuks, kelle pärusmaa on ainete keemilise koostise määramine. "Analüütiline keemia, kus kasutatakse kõikvõimalikke lisaaineid ja lahusteid proovi ettevalmistamiseks, peab samuti olema roheline," leiab ta.

Oma äsjases artiklis võttis Koel luubi alla rohelise keemia põhimõtete rakendamise laiemalt. Samas on artikli sõnum tema sõnul ühest juhtumiuuringust laiem: "Üritasin öelda, et kvaliteedi arendamine rohekeemiaga pole aktuaalne ainult farmaatsiatööstuses, vaid seda võib ka igasse muusse keemia- või keemiatööstuse valdkonda täpselt samamoodi sisse viia." 

Vaevugem pikemalt mõtlema

Senimaani on keemiatööstuses loodud uusi aineid eeskätt probleemipõhiselt: kui on tarvis tõhusat puhastusvahendit, sünteesitakse aine, mis ka tõhusalt puhastab. Mihkel Koeli sõnul kasutavad nii ravimi- kui ka igapäevase kodukeemia tööstus uute ainete loomisel palju erinevaid keerulisi molekule. 

"Seni on mõeldud, et "Paneme aga paar molekuli kokku ja saame ühe väga hea aine. Kui töö käigus tulevadki mingid lahustid ja jäägid, siis viskame need minema". Enam sedasi ei saa," ütleb juhtivteadur. Kuigi sirgjooneline probleemi-lahendamine on lihtne, peavad keemikud Koeli sõnul tulevikus jäägiennetusega rohkem vaeva nägema. "Loodav molekul ise ei pea lihtne olema. Lihtsalt keemikul tuleb teha selle koostamisel natuke rohkem mõtlemistööd, muud ei midagi," tõdeb ta.

Rohelise keemia rakendamine ravimitööstuses tähendaks, et uus arstim valmib hoolikalt valitud lahustite, derivaatide ja koostisosade toel võimalikult ohututes tingimustes. Loodava ravimi tõhusust seejuures ohvriks ei tooda – niisamuti muudes kemikaalide tootmise valdkondades.

"Kvaliteedidisain algabki sellest, et sa pead keemiatoote arendamisel paika panema piirid, kus sa mängida saad," selgitab Koel. Ravimi puhul on need piirid näiteks toksilisus ja tõhusus. Kui need on paigas, saab keemik hakata neid järgides uue aine sünteesiprotsessi kujundama.

Koeli hinnangul on kvaliteedidisaini eriti hea kasutada siis, kui mingi ravimi või muu toote loomist alustatakse nullist. "Märksa raskem on seda teha ravimifirmas, kus millegi tootmine juba jookseb. Seal on muutusi teha üksjagu kallis – tarbijatena tunneme seda ravimite hinnast," võrdleb ta. Samas näeb ta, kuidas suured ravimifirmad püüavad siiski oma protsesse lihtsustada ja muuta keskkonnasõbralikumateks.

"Kõige toredam näide tootmise muutumisest suures ravimitööstuses on Viagra. Alguses sünteesiti seda läbi mitmekümne astme ja ühe grammi tootmiseks kulutati liitrite viisi lahusteid," kirjeldab Koel. Praeguseks saab gramm Viagrat valmis kolme-nelja reaktsiooniastme ja milliliitrites mõõdetava lahustikogusega.

Tarbija jaoks peaks lihtsam ja ohutum valmistusprotsess teoorias tähendama ka odavamat lõpphinda. "Samas, kuna uute asjade puhul on mõttetööd ja igasuguseid katsetamisi veidi rohkem, siis esialgu läheb hind võib-olla natuke ülespoole," arutleb juhtivteadur.

Rohekeemia pole Eestis enam võõras

Eestis on rohelist keemiat viimased kümmekond aastat propageerida püüdnudki eeskätt Koel ja tema initsiatiivil Tallinna Tehnikaülikooli saadud ERA (European Research Area) rohelise keemia õppetool. Tasapisi see mõtteviis tema sõnul ka juba levib. "Eraldi õppeainet rohelise keemia kohta ei ole, aga tean, et kõik meie keemiaprofessorid on selle teema oma loengukursustesse sisse võtnud," sõnab ta. Samuti peavad rohelise keemia printsiipide kasutamist ette näitama praegu oma töid kaitsvad kraadiõppurid.

Tööstustasandil on olukord Koeli sõnul teine. "Kahjuks Eesti keemiatööstus on väga pisike ja siin suuri pöördeid ei toimu. Pole ka näha, et neid rohkem tuleks," osutab ta. Samas on tema sõnul uutel ja alustavatel väikeetevõtetel rohekeemia põhimõtted peaksid olema juba tegevusse sisse kirjutatud.

Mis teeb keemia roheliseks?

Mihkel Koeli sõnul sai roheline keemia alguse juba 1990. aastatel Ameerika Ühendriikides, kus kohalik keskkonnakaitseagentuur selle põhimõtteid arendama hakkas. "1998. aastal ilmus Paul Anastase ja John Warneri raamat "Roheline keemia", kus pandi paika selle printsiibid," sõnab Koel. Rohekeemia 12 printsiipi esitas ta koos professor Mihkel Kaljurannaga ka oma raamatutes "Green Analytical Chemistry" ja "Usaldusväärsed mõõtmised keemias".

"Esimene ja kõige olulisem printsiip on ennetamine: igasuguseid jääke võiks minimaalselt tekitada," selgitab ta. Jääke ennetada on Koeli sõnul odavam, kui neid töödelda ja keskkonda puhastada. Teiseks peab rohelises keemias jälgima, et iga keemilisse reaktsiooni sisse pandud aatom jõuaks ka valmivasse tootesse. Energiat kasutab roheline keemia minimaalselt. "See tähendab, et parimal juhul me saame reaktsiooni teha toatemperatuuril. Me ei pea kuumutama ega jahutama," selgitab Koel.

Mõned printsiibid puudutavad tema sõnul aga ohutust: võimalikult ohutud peavad olema nii tingimused, loodav aine, kasutatavad lisaained kui ka lõppsaadus. "Peame sünteesi tehes jälgima, et me ei kasutaks liiga äärmuslikke temperatuure, liiga palju rõhku, liiga ohtlike või näiteks toksilisi lahusteid," loetleb juhtivteadur.

See vähendab protsessis samme, kus läheb vaja derivaate ehk muudetud aineid, ning kasutab maksimaalselt ära reaktsiooni hõlbustavaid aineid ehk katalüsaatoreid. "Peame lisaks meeles pidama, et meie reaktsiooni keskkonnas leiduvad katalüsaatorid oleksid ohutud," lisab Koel. Võimalusel tuleks eelistada ka taastuvat toorainet, mille kasutamisel rakenduvad samad rohelise keemia printsiibid.

Rohekeemia üks võtmesõnu on tema sõnul üleüldine põhjalikum planeerimine. Ainet sünteesides peaks keemik pidevalt ette mõtlema, mis saab siis, kui loodut enam ei kasutata. "Kõige lihtsam näide selle kohta on kuulus taimekaitsevahend DDT," märgib juhtivteadur. Algselt putukamürgiks mõeldud aine mõjutas halavasti lisaks kõiki muid elusolendeid ja on nüüdseks keelatud. Ometi kasutatakse DDT-d Koeli sõnul mõnel pool edasi ja mürk on loodusesse jõudes visa sealt kaduma.

Veel peab rohelises keemias säilima pidev analüütiline kontroll: keemik peab pidevalt teadma, mis tal protsessis toimub. Lõppeks on oluline läbi mõelda, kuidas sünteesiprotsessi käigus õnnetustest hoiduda. "Jah, me võime ainetega toimetavatele keemikutele välja mõelda kaitsevahendeid. Siiski, mida vähem on kaitsevahendeid vaja, seda õigem on meie tehtav keemia," arutleb Koel.

Mihkel Koel ja Jelena Jurjeva kirjutavad oma tööst ajakirjas Talanta Open.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: