Desafíos Ambientales

Química verde, nuestras esperanzas para un mundo más limpio y eficiente

27 Abr 2022

La química está omnipresente en nuestra vida cotidiana. La pasta de dientes, los plásticos y las cremas solares se fabrican mediante procesos químicos. Sin embargo, su producción y consumo -revolucionarios en muchos aspectos- pueden tener un impacto bastante fuerte en nuestro entorno. Por esta razón, ha surgido la química verde.

¿Necesitamos realmente la química?

Hoy en día, la industria química participa en al menos una etapa de los procesos de fabricación de la mayoría de los productos que utilizamos o consumimos.

Pero la química moderna no despegó realmente hasta el siglo XIX. ¿No es eso una prueba de que podemos vivir sin estos conocimientos? Y además, los diversos accidentes graves ocurridos durante el siglo pasado (Seveso en 1976, Bhopal en 1984 y AZF en 2001), junto con numerosos incidentes de contaminación por sólidos, efluentes líquidos o vertidos gaseosos… ¿son todos ellos motivos para desconfiar de la industria química? Acaso ¿no podríamos, no deberíamos prescindir de ella, incluso?

Para responder a esta pregunta, Armand Lattes, profesor de la Universidad de Toulouse y director de la unidad de Descontaminación Química y Medio Ambiente del departamento de Gestión de Riesgos (CNRS), ha publicado una obra de ficción titulada «Et si les chimistes arrêtaient tout» (¿Y si los químicos dejaran de hacer todo lo que hacen?). Al leerlo, uno se da cuenta de que, sencillamente, esto no es una opción.

Por regla general, la química contribuye al bienestar humano y animal. Y como dice Stéphane Sarrade, jefe del departamento de física-química de la división de seguridad nuclear de Saclay de la comisión francesa de energía atómica, «simplemente no podemos cuantificar los millones de vidas que ha salvado la industria química, a través del desarrollo de medicamentos sintéticos (quimioterapia en particular), pesticidas que protegen nuestros cultivos y mantienen las hambrunas al mínimo y mucho más».

La química nos rodea: se utiliza en el sector del transporte, en la calefacción y la alimentación, en la medicina y en nuestros productos de higiene, en la fabricación de papel, tinta, pintura, fertilizantes, etc. Está presente en al menos una etapa de los procesos de fabricación de los productos que consumimos a diario, y se utiliza para proporcionar productos intermedios a otras industrias (como la agroalimentaria, la textil, la del automóvil, la del papel, etc.). Sigue siendo esencial para mantener nuestra calidad de vida, a pesar de que la conciencia pública preferiría que dependiéramos menos de ella: implica el uso de cantidades importantes de combustibles fósiles y a veces puede provocar graves incidentes de contaminación, que serán perjudiciales para las generaciones futuras. A partir de este deseo de minimizar nuestra dependencia de la química, está surgiendo el inicio de una industria más «prudente», que se ajusta a los principios del desarrollo sostenible: la química verde.

¿Qué es exactamente la química verde?

La química verde (o química sostenible) se define como el diseño, desarrollo y uso de productos y procesos químicos que buscan reducir o eliminar el uso o la formación de sustancias nocivas o tóxicas para la salud de las personas y el medio ambiente. Stéphane Sarrade completa esta definición: «La química verde consiste en diseñar productos y procesos industriales basados en la ingeniería de procesos con el menor impacto posible en tres ámbitos clave: la salud de las personas que participan en estos procesos, la calidad del medio ambiente y la salud de los consumidores».

El concepto de química verde surgió en Estados Unidos en la década de 1990. Y en 1998, Paul Anastas y John Warner, investigadores de la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) de Estados Unidos, sentaron las bases teóricas de esta nueva disciplina al publicar un libro en el que establecían 12 principios fundamentales…:

Prevenir la contaminación en su origen: eso significa desarrollar procesos químicos que no impliquen la producción de futuros residuos que se convertirán en desechos.
Ahorrar en materias primas: la economía de átomos significa poder recuperar todas las moléculas utilizables de una determinada materia prima para diversas aplicaciones energéticas, cosméticas y agroalimentarias. Para ello se necesitan herramientas de separación muy potentes.
Trabajar en condiciones más seguras: esto es posible utilizando condiciones de funcionamiento «suaves» (en términos de temperatura ambiente, menor presión, etc.) y dando prioridad al uso de productos con niveles bajos o nulos de toxicidad para las personas y el medio ambiente.
Diseñar productos químicos menos tóxicos: hay que desarrollar nuevas moléculas que sean más eficaces y no tóxicas. La seguridad se evalúa mediante estudios toxicológicos a nivel celular y del organismo.
Utilizar disolventes no tóxicos: esto significa buscar alternativas a los disolventes orgánicos tóxicos y contaminantes, como el benceno, el cloroformo o el tricloroetileno, productos químicos que tienen una reputación siniestra.
Ahorrar energía: eso significa mantener el gasto energético al mínimo y desarrollar nuevos materiales eficientes para almacenar energía. También significa buscar nuevas fuentes de energía bajas en carbono que generen menos emisiones de gases de efecto invernadero.
Utilizar recursos renovables: es mejor que utilizar recursos fósiles. La biomasa, que es toda la materia orgánica que componen las plantas, los árboles, los animales, los residuos agrícolas y urbanos, es una materia prima renovable y fácilmente utilizable. Del mismo modo, este concepto puede ampliarse para incluir el uso de energías renovables.
Reducir el uso de moléculas intermedias: esto significa -cuando sea posible- dar prioridad a la creación de reacciones directas. En efecto, las etapas intermedias de los procesos químicos implican el uso de sustancias químicas que inevitablemente se convertirán en residuos.
Dar preferencia a los procesos catalíticos frente a los convencionales: un catalizador es una sustancia añadida a una solución química que hace posible una determinada reacción química. Acelera la velocidad a la que se produce la reacción reduciendo la cantidad de energía necesaria para que dos moléculas reaccionen entre sí. El catalizador no se modifica al final del proceso químico, por lo que es reciclable.
Diseñar un producto químico teniendo en cuenta su degradación final: un producto químico acabará convirtiéndose en un residuo. Cuando sea posible, es mejor diseñarlo con la idea de que todo o parte del residuo en que se convertirá pueda ser reciclado. También debe diseñarse de manera que su futura degradación – natural o acelerada – no conduzca a la creación de subproductos peligrosos.
Analizar en tiempo real las sustancias químicas y su huella en el medio ambiente: eso significa prevenir la contaminación, controlando directamente las reacciones químicas. Debe ser posible detectar y cuantificar la presencia de productos químicos y agentes biológicos que se sabe que son tóxicos, incluso cuando sólo están presentes en cantidades mínimas.
Desarrollar una química fundamentalmente más segura: eso significa elegir bien las materias primas químicas para evitar accidentes, explosiones, incendios y la emisión de compuestos peligrosos. La forma de la sustancia química también es importante: una molécula gaseosa se difunde más en el medio ambiente que la misma molécula en forma sólida.

Cuestiones y retos que hay que abordar

Para sustituir gradualmente a la química «convencional», la química verde debe demostrar su eficacia desde una perspectiva tecnológica, industrial, económica y social. Esto será posible si se abordan cuatro retos clave interrelacionados.

El reto tecnológico

Los avances tecnológicos son probablemente una de las principales fuerzas que impulsan el desarrollo de la química verde. La ilustración más eficaz de este ámbito es la catálisis: las reacciones catalíticas son las que se realizan en presencia de un catalizador. Este elemento sólido o líquido acelera la velocidad a la que se produce la reacción al reducir el umbral de energía que hay que alcanzar para que la reacción sea posible. Por tanto, el catalizador ahorra energía y reduce el tiempo de reacción. También tiene la propiedad de ser selectivo. Mientras que una reacción convencional suele dar lugar -además del producto deseado- a coproductos o subproductos no deseados, la presencia de un catalizador favorece la formación del producto deseado únicamente.

El reto industrial

La industria tiene que hacer frente al aumento de los precios de las materias primas derivadas del petróleo, así como al inminente agotamiento de estos recursos; a la obligación de reducir drásticamente la contaminación de los procesos químicos, en particular las emisiones de gases de efecto invernadero; y a la fuerte presión normativa sobre el uso de materias primas, productos intermedios sintéticos y productos de la industria química. Para hacer frente a estos retos, la química verde no puede depender únicamente de la tecnología. Inevitablemente, su desarrollo tendrá que implicar la adopción de nuevos métodos organizativos en las empresas y entre ellas. También habrá que adaptar las competencias de los empleados y anticiparse a las necesidades futuras.

Cuando una empresa emprende el cambio de la química convencional a la química verde, debe asegurarse de que hacerlo es rentable. De hecho, un proceso «verde» sólo puede sustituir realmente a un proceso «convencional» si el retorno de la inversión es lo suficientemente rápido.

Por ello, uno de los principales retos económicos de la química verde consiste en desarrollar procesos verdes cuya rentabilidad sea comparable o superior a la que se puede obtener con los procesos convencionales.

El reto de la sociedad

Hoy en día, la gente se preocupa cada vez más por el medio ambiente, aunque a veces tarda en modificar su comportamiento.

Por un lado están las expectativas de la sociedad en cuanto a la salud, la no toxicidad de los productos que se utilizan, la protección del medio ambiente, la responsabilidad social de las empresas, etc., y por otro las necesidades de las empresas, que deben conciliar el progreso medioambiental con las exigencias de competitividad.

Y en ambos lados, para que sea aceptada, la química verde debe ser comprendida («aceptabilidad social»). En este sentido, la sensibilización y la comunicación son factores clave para el éxito.

Algunos logros interesantes de la química verde

Plásticos biodegradables
Los plásticos desarrollados a partir de fuentes renovables y respetuosas con el medio ambiente, así como varios plásticos de última generación, son biodegradables. La combinación de varias innovaciones reduce nuestra dependencia de los productos petrolíferos, protege a las personas y a la fauna de las sustancias químicas no deseadas que se encuentran en los plásticos antiguos y reduce los residuos y el impacto que tienen en el medio ambiente.

Investigación y desarrollo
La investigación científica implica el uso de una serie de técnicas que utilizan productos químicos peligrosos y liberan residuos en el medio ambiente. Los nuevos procesos más ecológicos mantienen la investigación y la tecnología en el buen camino, a la vez que la hacen más segura, más barata y con menos residuos.
Life Technologies ha desarrollado un método sintético de tres pasos y un solo paso para la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) utilizada en las pruebas genéticas. El nuevo proceso es más eficiente, ya que requiere hasta un 95% menos de disolvente orgánico y libera hasta un 65% menos de residuos en comparación con el protocolo convencional. Con este nuevo proceso, Life Technologies elimina aproximadamente 1,5 millones de libras de residuos peligrosos cada año.

Avances en la medicina
La producción de productos farmacéuticos es cara, en parte debido a los complejos y estrictos mecanismos utilizados para producir ciertos medicamentos. La química verde busca agilizar los procesos de producción, reducir el impacto ambiental de los fármacos y sus metabolitos y minimizar las cantidades de sustancias químicas tóxicas utilizadas en las reacciones.
El profesor Yi Tang, de la Universidad de California, ha desarrollado un proceso sintético mejorado para fabricar Zocor®, que es el nombre comercial del fármaco simvastatina (utilizado para tratar el colesterol alto). El proceso anterior utilizaba sustancias químicas peligrosas y liberaba grandes volúmenes de residuos tóxicos. El proceso del profesor Tang utiliza una enzima técnica y una materia prima de bajo coste.

La química de las pinturas y los pigmentos
Las pinturas ecológicas van mucho más allá de eliminar el plomo de las fórmulas. Las pinturas modernas reducen las cantidades de sustancias químicas tóxicas que se liberan cuando las pinturas se secan, sustituyen ciertos colores tóxicos por pigmentos más seguros y reducen las cantidades de toxinas que se liberan cuando se elimina la pintura.
Procter & Gamble y Cook Composites and Polymers han formulado una mezcla de aceite de soja y azúcar para sustituir las resinas y los disolventes de las pinturas a base de petróleo. Las formulaciones que utilizan esta mezcla liberan la mitad de las cantidades de compuestos volátiles más peligrosos que las convencionales.

La química azul es una categoría de la química verde que se centra en los recursos marinos.
Las algas tienen un gran potencial para la química azul: pueden utilizarse en la agricultura y en el sector agroalimentario. De hecho, las algas contienen una amplia selección de moléculas activas que pueden utilizarse como fertilizantes o pesticidas.
Los productos ya están en el mercado y forman parte de una política de agricultura sostenible, con menores costes energéticos y medioambientales. Permiten limitar el uso de fertilizantes nitrogenados y sustituir ciertos pesticidas (fungicidas, insecticidas, herbicidas, parasiticidas, etc.).
Los estudios han demostrado las propiedades antibacterianas, antivirales, anti fúngicas, larvicidas, insecticidas o incluso nematocidas de los extractos de algas cuando se utilizan en plantas de tomate, patata o incluso tabaco. También se ha demostrado el impacto positivo de las hormonas de crecimiento de las algas en los cultivos tratados: el rendimiento de la masa y de las plantas mejora, así como su forma de fotosíntesis. Además, el contenido de polisacáridos de las algas, y más concretamente de los oligo-carragenanos, activa y mejora varias vías metabólicas, lo que permite mejorar el rendimiento de los cultivos.

— Estudios económicos para el Grupo Crédit Agricole

Fuentes: Carbiolice, French Atomic Energy Commission, Culturesciences, Unesco, Greelane, Regional centre for the analysis of changes in the economy and employment