1. Química Verde,
una apuesta estratégica de futuro
José A. Mayoral
Zaragoza, 19 de Mayo de 2008

2. GREEN CHEMISTRY
José Antonio Mayoral
Departamento de Química Orgánica
Instituto de Ciencia de Materiales de
Aragón
Instituto Universitario de Catálisis
Homogénea
Universidad de Zaragoza – C.S.I.C.

3. GREEN CHEMISTRY
UNA APUESTA
ESTRATÉGICA DE FUTURO
IbercajaZentrum
Mayo 2008

4. GREEN CHEMISTRY
¿De dónde procede la leche
desnatada?

5. La Química está en todas partes

6. En primer lugar, consideremos los beneficios de
la química. La industria química suministra
muchos productos que imejoran nuestra vida y
de los que dependemos

7. ¿Qué hace la química por nosotros?

8. “Most of the environmental problems of
past centuries and decades, such as the
biological contamination of drinking water,
were solved only when the methods of
science in general—and chemistry in
particular—were applied to them. The
phenomenal rise in human life expectancy
and in the material quality of life that has
come about in recent decades is due in no
small measure to chemicals and chemistry.”
— Colin Baird, Environmental Chemistry.

9. La Química, motor de la innovación
Others
Nutrition Industria Química
Leather/Shoe
Printing
Engineering
Detergents
Wood/Furniture
Paper Salud
Textile
E&E*
Construction
Agriculture Consumidor
Packaging
Automovil
E&E = Electric & Electronic
Fuente: Zentrum für Europäische Wirtschaftforschung GmbH, INNOVATIONSMOTOR CHEMIE Ausstrahlung
von Chemie-Innovationen auf andere Branchen, Feb. 2003.
28.600 millones. € Turn-over debido a las innovaciones químicas.

10. ¿Qué “hace” la química por nosotros?

11. ALGUNOS DE LOS
INCIDENTES DEL PASADO HAN SIDO BIEN
PUBLICITADOS
• El rio Cuyahoga en Ohio
estaba tan contaminado
que ardió de modo
espontáneo.
• El accidente de Bhopal,
India, liberó isocianato de
metilo. Murieron cerca de
4.000 personas.

12. ALGUNOS DE LOS
INCIDENTES DEL PASADO HAN SIDO
BIEN PUBLICITADOS
• Un vertido accidental de dioxinas y otros
productos en Seveso, Italia, en 1.976
causó la muerte de muchos animales de
granja y problemas de salud a personas

13. Efectos de la contaminación
química
Efecto invernadero: sustancias que absorben
radiación infrarroja (CO2, CH4, CFCs, haluros de
alquilo)
Acidificación: lluvia ácida (SOx, NOx, ácidos
orgánicos)
Destrucción de ozono estratosférico: gases ligeros
que sufren reacciones radicalarias (CFCs, haluros
de alquilo)
Niebla urbana (smog): vapores de sustancias
orgánicas, como hidrocarburos (combustión
parcial) y otros COVs (disolventes)
Eutrofización: crecimiento excesivo de bacterias y
plantas en medios acuáticos (fertilizantes y otras
sales)
Toxicidad: respecto a humanos o a especies
animales o vegetales de un cierto entorno
(ecotoxicidad)

14. La percepción social de la química
60
Desfavorable
Favorable
50
Porcentaje de la población
40
30
20
10
0
1980 1990 2000
Año

15. Preocupación social y normativa
Substancia Efecto ambiental Normativa Año
CFCs Destrucción del ozono Protocolo de Montreal 1987
CCl4, CH3Cl, CHCl3, halones, estratosférico
HBFCs
Combustibles fósiles Efecto invernadero Protocolo de Kyoto 1997
Calentamiento global
Sustancias Contaminación acuíferos Directiva marco 2000/60/CE 2000
tóxicas/peligrosas
Polucionantes Bioacumulación Programa UNEP 1997
orgánicos persistentes Toxicidad Convención de Estocolmo
Persistencia
Disolventes Emisión de COV Directivas 99/13/CE, 2001/81/CE 1999
Formación de ozono Programa CAFE
troposférico
Salud ocupacional REACH

17. “ Chemistry has an important role to
play in achieving a sustainable
civilization on earth.”
— Dr. Terry Collins, Professor of Chemistry
Carnegie Mellon University

18. EN UNA CIVILIZACIÓN
SOSTENIBLE
• Las tecnologías para
producir bienes de consumo
no deben dañar el
medioambiente o la salud
• Es preferible usar materias
primas renovables que las
meterias fósiles, de
duración limitada

19. Concepto de biorefinería

20. EN UNA CIVILIZACIÓN
SOSTENIBLE
• Al fin de su uso los materiales han de
biodegradarse, en caso contrario
deben reciclarse.
• Desarrollando productos que no dañan
la salud ni el medioambiente.

21. EN UNA CIVLIZACIÓN
SOSTENIBLE
• Los procesos de fabricación han de
diseñarse para no producir
residuos.
–O–
• Ls residuos han de ser
biodegradables o han de
reciclarse.

22. ¿Qué se ha hecho hasta ahora al respecto?
Química
Dimensiones del • Neutralizaciones
proceso químico • Plantas de tratamiento
• Plantas de recuperación
industrial • Lagunas de aireación
• Destrucción de residuos
Ingeniería
Tecnología
paliativa
Economía
Peligro = (Riesgo X Exposición)

23. Peligro = (Riesgo X Exposición)

24. ¿Qué se propone como alternativa?
Química
Dimensiones del
proceso químico
industrial
Ingeniería
Introducción de cambios en
la Química del proceso
Economía

25. ¿Qué se propone como alternativa?
Química
Dimensiones del
proceso químico
industrial Química
Sostenible
Ingeniería
Química Sostenible es a
Química Paliativa lo que
Economía
Medicina Preventiva es a
Medicina Curativa
Peligro = (Riesgo X Exposición)

26. THE POLLUTION
PREVENTION ACT OF 1990
• Es una ley de los EEUU que
favorece el desarrollo de
procesos que no producen
residuos, la aproximación de
la Química Verde.

27. PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA
VERDE
Prevención de los vertidos
Economía atómica
Síntesis químicas menos peligrosas
Diseño de compuestos químicos más seguros
Disolventes y auxiliares más seguros
Diseños para mejor eficiencia energética
Uso de fuentes renovables
Reducción de derivatización en la síntesis
Catálisis
Diseño para la degradación
Análisis en tiempo real para evitar la polución
Química más segura para la prevención de accidentes

28. QUÍMICA VERDE SIGNIFICA
• Prevenir la contaminación antes
de que aparezca.
• Diseñar procesos mas eficientes
que minimicen la producción de
residuos y precisen menos
energía.
• Diseñar procesos mas rentables
basados en la reducción de costes
de energía y de tratamiento de
residuos

29. Acciones de la Química Sostenible en el flujo
de productos químicos
Obtención Uso de
Manufactura productos y Eliminación
de materias
Química materiales
primas
Diseño de
Uso de materias productos
primas renovables biodegradables
Diseño de
Diseño de procesos
productos que no
industriales más eficientes:
dañen la salud ni el
- Energía
medioambiente
- Sin usar reactivos
peligrosos o nocivos
- Que no generen residuos o
que estos sean inocuos

30. EJEMPLOS DE
QUÍMICA VERDE
• Biocombustibles
• Extintores
• Tintorería ecológica
• Polímeros
• Esterilización
• Sintesis verde de viagra
• Biocatálisis
• Disolventes verdes
• Energía

31. Ejemplos de Química Sostenible: uso de
productos químicos
Reducción de la Gasolina sin
contaminación plomo (uso de
catalizadores en
por PLOMO automóviles)
Biocombustibles
Reducción de su uso en
pigmentos (color rojo, igual
que cromo y cadmio para
Desarrollo de pigmentos
naranja y amarillo)
que contienen calcio,
estroncio y bario

32. Ejemplos de Química Sostenible: uso de
productos químicos
Los extintores llevan sustancias
Extintores “verdes” nocivas en ciertos aspectos, o
gases de tipo halon, que dañan la
capa de ozono, o disoluciones
acuosas con aditivos persistentes
en el medioambiente
(fluorosurfactantes).
Pyrocool utiliza surfactantes
biodegradables para formar
espumas extintoras.

33. Ejemplos de Química Sostenible: uso de
productos químicos
Percloroetileno (perc) es el
Limpieza “en seco” disolvente usado para tintorería. Se
sospecha que causa cáncer y que
sus residuos contaminan el agua.
El CO2 supercrítico, junto
con algún humectante, es
muy eficaz para eliminar la
grasa. Se usa de modo
comercial en algunas
tintorerías.

34. Ejemplos de Química Sostenible: diseño de
materiales biodegradables
Ácido poliláctico

35. Ejemplos de Química Sostenible: uso de
productos químicos
Esterilización de Las dos técnicas usadas
comúnmente, óxido de etileno y
muestras biológicas o
radiación gamma, tienen problemas
implantes médicos de toxicidad o seguridad.
El CO2 supercrítico, junto con
algo de ácido peracético y
agua consigue la esterilización
a baja temperatura.

36. VIAGRA VERDE
• Sildenafilo, se consumen 9 cápsulas
de 50 mg/ seg. Se producían 100 l de
residuos por Kg, en la actualidad se
producen solo 2 l. El consumo de
disolventes pasa de 125.000 l/año a
13.500 y se han eliminado los tóxicos.
O Me
O E tH N N
N
N
Pr
O 2S
N
N
Me

37. UNA REACCIÓN VERDE
O
O
ZANAHORIA
OH
O

38. Uso industrial de disolventes en Europa
Tratamiento de maderas
5%
Polares apróticos
Recubrimientos 6%
Éteres Alcoholes
adhesivos
14% 33%
10%
Extracción de aceites Ésteres
4% 9%
Pinturas
39%
Halogenados
8% Alcanos
Artes gráficas Aromáticos 9%
13% 21%
Producción de
adhesivos
4%
Producción de tintas Desengrasado
1% 13% h
Procesamiento de alc idro
Producción de fármacos 1987 cl oh car
5%
caucho Limpieza en seco 1992 gli ce orad oles buro
2% 4% 1997 co tona os yd s
eri
otr les s
os v
2.200.000 Tm de disolventes usados en la U.E.

39. Disolventes alternativos
Agua Formulaciones en pinturas y barnices
Extracciones de sustancias naturales:
sCO2 café descafeinado, aceites esenciales…
Limpieza en seco

40. Disolventes orgánicos renovables
En ocasiones el empleo de un disolvente orgánico es
inevitable o presenta ventajas difíciles de superar (mayor
solubilidad de los solutos, facilidad de separación)
Etanol Ácido láctico y lactatos
BIOMASA Terpenos
Glicoles y Esteres de ácidos grasos
éteres de glicol
Una opción es sustituir los disolventes derivados del
petróleo por otros procedentes de la biomasa, que pueden
obtenerse por procesos de fermentación, enzimáticos o de
esterificación, con las ventajas de ser biodegradables y
contener oxígeno en su estructura en casi todos los casos

41. Disolventes orgánicos renovables
Las “biorefinerías” son capaces de
producir este tipo de disolventes
en grandes cantidades, lo que ya
permite su comercialización a
precios competitivos
Lactato de etilo
Esteres de
aceite de soja

42. Sociedad basada en el petroleo
El crecimiento de las emisiones de CO2 causa un incremento en el CO2 atmosférico asociado con un incremento de la
temperatura global
2004: 14.5 TW (220 millions of barrels of oil per
World Energy day)
Demand 2050: 30-60 TW (450-900 mbd)

43. Indicadores del cambio climático
FÍSICO-QUÍMICOS

44. Indicadores del cambio climático
BIOLÓGICOS
- Ave pequeña, de unos 12 cm de long., alas largas y
cabeza grande. Difícil de observar por su mimetismo con
el terreno.
- Habita en desiertos y zonas áridas del norte de África y
Próximo Oriente
- 1970 vista por primera vez en la Península Ibérica, en
Almería y Murcia, donde se supone que llegó desde El
Magreb
- 2000 se pudo comprobar por primera vez su
reproducción en Alicante
- 2002 se detectó por primera vez su presencia en el
delta del Ebro
BUCANETES GITHAGINEUS
(Camachuelo Trompetero)

45. PILAS DE COIMBUSTIBLE E HIDRÓGENO
PROVENIENTE DEL AGUA
2 H2O O-O + 4 H+ + 4 e-
4 H+ + 4 e - 2 H2
2 H2O
hν O-O + 2 H-H
La energía proviene de la
luz solar, aunque no
interaccione directamente
con el H2O
¡96% a partir de combustibles fósiles!

46. Celdas de combustible: H2 + O2 = H2O

47. EN RESUMEN,
LA QUÍMICA VERDE ES
• Científicamente consistente,
• Económicamente eficiente, y
• Conduce hacia una civilización
sostenible.

49. Los 10 problemas más importantes de la Humanidad en los
próximos 50 años
ENERGÍA
AGUA
ALIMENTACIÓN
MEDIO AMBIENTE
POBREZA
TERRORISMO y GUERRA
ENFERMEDAD
EDUCACIÓN
DEMOCRACIA
SUPERPOBLACIÓN
2000 6.000 Millones de Personas
2050 8-10.000 Millones de Personas
Fuente: Prof. R.E. Smalley, „Our Energy Challenge“, Columbia University, NYC, 23 September 2003

50. GREEN CHEMISTRY
UNA APUESTA
ESTRATÉGICA DE FUTURO
IbercajaZentrum
Mayo 2008