تسجيل الدخول

تسجيل الدخول للموقع

اسم المستخدم *
كلمة المرور *
تذكرني
 
   

الكيمياء الخضراء

الوضع الحالى للعلاقة بين الكيمياء والبيئة

بدأت علاقة الإنسان بالبيئة منذ نشأته على الأرض بالخوف من أخطارها وقسوتها وجهلة بالتعامل مع أسرارها . فأخذ يعمل ويناضل ويكافح من أجل تطويعها لمتطلباته وتأمين حياته ليحمى نفسه من أخطارها .

ومع تطور حياته بدأ يتعمق فى أسرار الكون ومظاهر البيئة فقامت بينهما علاقة من التناغم والتوافق المتبادل يستثمر البيئة فتعطه مصادر الحياة بقدر ما يبذل فيها من جهد. ووصل الإنسان إلى عصر العلم والتقنية واهتدى إلى الكثير من أسرار الطبيعة وإلى ما فى البيئة من تفاعلات بين المادة والطاقة وصارت مهمة علمه أن يوظف البيئة فى خدمته ليحقق لنفسه المستوى الأفضل.

وقد أسهمت الكيمياء بالدور الأعظم فى هذه النهضة الحضارية التى شملت شتى مجالات الحياة ثم تحول هذا التناغم بين الإنسان والبيئة إلى عداء مرة أخرى . فقد أسرف الإنسان إسرافا شديداً فى استغلال أشياء كثيرة أخلت بهذا التناغم .

فقد أسرف فى استغلال الثروات الطبيعية من مصادر الوقود ومن خامات معدنية وغيرها . حتى بدأت مصادرها تشح بن يديه . كما أسرف فى النشاط الصناعى فلوث الأنهار والبحار والهواء. وأفسد الأرض الزراعية بإسرافه فى استخدام المخصبات والمبيدات .

وتباينت الآراء حول من كانت الكيمياء صناعتهم – فرأى بعض الناس أن الكيميائيين هم ملائكة الرحمة الذين قدموا للبشرية بضاعتهم التى وفرت للشعوب سبل الرفاهية التى تأسست عليها حضارتهم فى مختلف مناحى حياتهم. حيث يرى البعض أن للكيمياء الفضل الأعظم فى الثورة الطبية التى قدمت لهم العقاقير التى قضت على كثير من الأمراض التى دمرت البشرية لآلاف السنين فامتدت أعمارهم إلى معدلات لم تعرفها البشرية من قبل فقد ارتفع متوسط   عمر الفرد من 47 عاما فى سنة 1900 إلى 75 عاما فى التسعينات .

كما أنتجت الكيمياء المخصبات الزراعية ومحفزات النمو والمبيدات الحشرية فزادت المحاصيل وتنوعت أصنافها لتوفر الغذاء لهذه الزيادة المتسارعة فى عدد السكان . كما واكب التطور الكبير فى علم الكيمياء تطوير وازدهار الحياة المادية لبلايين الأفراد من الملبس والمسكن وغيرهما.

وفى الجانب الآخر رأى بعض الناس أن الكيميائيين هم شياطين الجن الذين دأبوا على تدمير الإنسان والبيئة. فتفاعلاتهم النووية أبادت ملايين البشر ومتفجراتهم ( والتى منحوا عليها جائزة نوبل للسلام ) وأسلحة الدمار الشامل من أسلحة كيميائية وبيولوجية وغيرها . بجانب مخلفات صناعاتهم الكيميائية التى تقضى على الزرع والضرع والتى لوثت الماء والهواء والتربة وتسببت فى أمراض جديدة لم تعرفها البشرية من قبل هذا إلى جانب الكوارث البيئية العديدة من تغير فى المناخ والاحتباس الحرارى وتدمير طبقة الأوزون .

تطور الحركة البيئية وظهور الوعى البيئى :

حتى عهد قريب لم يكن العالم مهتما بتأثير المواد الكيميائية على صحة الإنسان وسلامة البيئة. وفى عام 1962 ظهر كتاب الربيع الصامت (1)  Silent spring للكاتبة راشيل كارسون Rachael Carson والذى تحدثت فيه بإسهاب عن أثر بعض المبيدات الحشرية على بيض طيور متعددة وكيف تسببت مبيدات الـ (DDT) ومبيدات حشرية أخرى من تأثيرات قاتلة من خلال تسللها إلى السلسلة الغذائية وكيف أن هذه المبيدات ثابتة كيميائياً ويتطلب تحللها سنوات عديدة .

وهنا دق ناقوس الخطر فهبت المجتمعات وطالبت بوضع القواعد المنظمة لتصنيع واستخدام هذه المبيدات والحد من استخدامها أو إيجاد البدائل الأخرى الأقل خطورة على صحة الإنسان وسلامة البيئة وفى عام 1986 سجلت الولايات المتحدة قائمة بعدد كبير من الكيماويات السامة التى تطلقها القطاعات الصناعية المختلفة. إلا أن هذا العدد هو جزء صغير من بقية         الـ 75000 نوع من الكيمياويات المستخدمة حاليا فى الصناعة والتى يتزايد عددها يوما بعد يوم ومن المؤكد أن جزءاً كبيرا منها يحمل سمية معينة .

وقد سجل عام 1994 فى الولايات المتحدة وحدها  انطلاق أكثر من 2.26 بليون رطل لاكثر من 300 مادة خطره إلى البيئة . ولكى نستوعب مقدار هذه الكمية نذكر أنه عند قراءة صفحة من هذا الكتاب ينطلق طن كامل من المواد الخطرة إلى البيئة .  وتعتبر الصناعات الكيميائية هى الأكثر إطلاقا للمواد  الكيميائية الخطرة عن بقية القطاعات الصناعية الأخرى. حيث يخرج من الصناعات الكيميائية أكثر من أربعة مرات من المخلفات من مثل التى تطلقها الصناعة التى تليها وهى صناعة الفلزات .

ويوضح شكل (1) كم المخلفات الناتجة عن الصناعات العشر الكبرى عام 1992 في الولايات المتحدة.

كما يوضح شكل (2) النسبة المئوية للمخلفات الكيميائية التى خرجت إلى الأوساط البيئية المختلفة فى الولايات المتحدة فى عام 1992 (3) وهناك العديد من الأمثلة للمخاطر بل والكوارث التى احدثها سواء استخدام بعض المواد الكيميائية والمخلفات الصناعية التى أثرت على صحة الإنسان وسلامة البيئة ملحق (1) فى نهاية الكتاب .

ولقد أدت هذه الأضرار إلى عقد العديد من المؤتمرات وكذلك إلى سن العديد من التشريعات والقوانين البيئية للسيطرة على الصناعات الكيميائية بدءاً من اختيار الخامات الأولية وطريقة تداولها إلى طرق التصنيع وكذلك المنتجات النهائية والثانوية بجانب معالجة النفايات أو التخلص منها .

التخفيف هو الحل لمنع التلوث

              Dilution is the solution to pollution

فى الفترة التى سبقت سن القوانين المنظمة لإطلاق المواد الكيميائية فى البيئة وتعريض الأفراد لمخاطرها كان يعتقد أنه عند تقليل تركيز هذه المواد فى وسط معين فهذا يكفى لتخفيف الضرر إلى الحد الأدنى الذى تسببه تلك المواد وكانت تتلخص هذه الفلسفة فى أن " التخفيف هو الحل لمنع التلوث " ومن نواحى القصور فى هذه الفلسفة أنها لم تأخذ فى الاعتبار التأثيرات المتشابكة لوجود مواد أخرى وحتى بالتراكيز المسموح بها لإنتاج ملوثات جديدة والتى يمكن أن تؤدى إلى ضرر بالغ للإنسان والبيئة .

معالجة المخلفات للحد من التلوث

عندما توسعت الدراسات البيئية فى دراسة آليات التصنيع الكيميائى وتمت معرفة التأثير الخطر لبعض المواد الكيميائية على البيئة والإنسان اهتمت قوانين البيئة بضرورة السيطرة المحكمة على أنواع وكميات المواد الكيميائية التى تطلقها الصناعات الكيميائية فى أى مجرى من أوساط البيئة .

واستخدام هذا التوجه الأولى للمراقبة والتحكم المعايير والمؤشرات للتراكيز التى تمثل الحد الأقصى للمادة الكيميائية التى يمكن أن  تتواجد به فى وسط معين دون أن يؤثر بشكل عدائى على الإنسان والبيئة . فاستخدمت تقنيات متعددة لمعالجة المخلفات تتدرج من معادلة الأحماض إلى استخدام أجهزة غسيل الغازات Scrubbers قبل انطلاقها فى الهواء أو ترشيح الغازات من الأتربة والمعلقات الصلبة وذلك لتقليل أضرار هذه المواد .

منع التلوث : Pollution prevention

لقد كان مدخل الدول للتعامل مع المشاكل البيئية منذ إثارة هذا الموضوع من بدايته وظهور الحركة المدافعة عن البيئة فى الستينات وبداية السبعينات من القرن الماضى هو التركيز على معالجة المخلفات وطرق التحكم والمراقبة فاتخذت الحكومات إجراءات كثيرة تحد من مستوى إطلاق المواد السامة فى حدود كميات معينة مع وجوب الحصول على تصريح بذلك يصاحبه إشراف ومتابعة مستمرة من أجهزة حماية البيئة.

إلا انه فى الأعوام الأخيرة اتخذت كثير من الحكومات الإجراءات اللازمة لمنع تخليق وتصنيع المواد الملوثة للبيئة . وهذا هو المبدأ الأساسى لمنع التلوث فمن المعروف أن الوقاية خير من العلاج ولذلك فمن المنطقى أن نمنع حدوث المشاكل البيئية أصلا خير من أن نقوم بعلاج الآثار المترتبة على وجودها .

وعلى المستوى الاقتصادى يجب ألا يغيب عنا أن المدخل الخاص بمعالجة النفايات وطرق التحكم والمراقبة للمشاكل البيئية يتكلف تكاليف باهظة ومن الطبيعى أن تحمل على سعر المنتج النهائى . وقد أظهرت التقديرات الخاصة بهذه التكلفة أنها قد تصل إلى حوالى 115 بليون دولار سنويا فى الولايات المتحدة وحدها . وبالرغم من تلك التكلفة الباهظة للتحكم فى التلوث  إلا أنه قدر أن حوالى 3 بليون رطل من المخلفات قد تم إطلاقها فى البيئة عام 1992 وذلك وفقا لتقارير وكالة حماية البيئة الأمريكية                                 US Enviromenal Protection Agency والتى رصدت إطلاق حوالى 300 مركب كيميائى . ويوجد حاليا على المستوى التجارى تداول أكثر من 70000 مركب كيميائى فى الولايات المتحدة ومن الطبيعى أن تكون قدره وكالات مراقبة التلوث محدودة لمتابعة إطلاق كل هذه المركبات ولكن تركز هذه الوكالات على عدد قليل من المركبات التى تمثل الخطر الأكبر على صحة الإنسان والبيئة . ويبين الجدول (1) والشكل (3) كمية والنسبة المئوية للمواد الكيميائية التى انطلقت فى البيئة عام 1992(3) .

كمية المواد المنطلقة بالرطل


الوسط

3.181.646.757

الكم الكلى

1.844.958.336

فى الهواء

272.932.953

فى الماء

725.946.415

المحقونة تحت سطح الأرض

337.809.053

المنطلقة على الأرض

ومن المؤكد أن الصناعة لها اهتمام خاص بتقليل نفقات التشغيل والمرتبطة بالإذعان للقواعد المنظمة لمعالجة المخلفات والتخلص منها والموضوعة بواسطة السلطات المحلية أو الفيدرالية. وعند تقليل المؤسسة الصناعية كمية المخلفات التى تنتجها المصانع سيمثل هذا فائدة اقتصادية تجنبها تكلفة التخلص منها .

وهذا النوع من الحافز الاقتصادى شجع المصانع والشركات            على محاولة إيجاد الطرق التى تقلل من إطلاقهم للملوثات فى البيئة .               ولقد تبين للقطاع الخاص أن إيجاد السبل لمنع التلوث هو                              عمل تجارى مربح كما يدل المثل "تقليل المخلفات يجلب دائما المال"                  " Waste reduction always pay " .

وعندما تدرك الصناعة أن التحكم البيئى يجب أن يتحول إلى عمل اقتصادى مهم لزيادة الربحية والمنافسة فإن هذه النظرة تمثل بؤرة الاهتمام فى الفكر الصناعى بمعنى الكلمة. وهذا هو الفرق بين منع التلوث والمدخل القديم المنادى بالسيطرة ومراقبة التلوث . ولذلك فإن الرؤية الاقتصادية لمنع التلوث ستمثل فاعلية عميقة فى الفكر نحو حماية البيئة . وفى عام 1990 مرر الكونجرس الأمريكى قانونا يحث على منع التلوث كسياسة بيئية للولايات المتحدة .

ويعرف منع التلوث فى مرسوم منع التلوث لعام 1990 بأنه خفض مصادر التلوث . ويعرف خفض مصادر التلوث كالآتى :

عمليات تؤدى إلى خفض كمية المواد الخطرة أو الملوثات أو أى ملوث يدخل المخلفات أو أى منطلقات فى البيئة وذلك قبل معالجتها بالتدوير أو التخلص منها مما يؤدى إلى تقليل خطورة هذه المواد للصحة العامة أو الإضرار بالبيئة والمرتبط بانطلاق هذه المواد أو الملوثات . وهذا المصطلح يشتمل على المعدات والتكنولوجيا المطورة والعمليات أو إجراءات التطوير أو إعادة صياغة أو إعادة تصميم المنتجات أو استبدال المواد الخام وتحسين أسلوب الصيانة والتدريب أو إجراءات التفتيش .

ويعتبر هذا المرسوم هو أول قانون لمتابعة حلول منع تلوث البيئة وحمايتها بواسطة وكالة حماية البيئة (EPA) Enviromental Pollution Agency  واعتبر العالم كارول براونر(5) Carol Browner والحائز على جائزة نوبل والمشرف على وكالة حماية البيئة أن عمل الوكالة هو عمل أخلاقى فى المقام الأول ويجب عليها أن تشارك فى كل القوانين المستقبلية لحماية البيئة.

وقد يكون منع التلوث مهما ولكن ليس هو الحل الأمثل ؟

مستقبل منع التلوث The Future of Pollution Prevention

مع ازدياد الوعى بأهمية منع التلوث بين العلماء ومجتمع الصناعة ظهرت الحاجة إلى خفض مصادر هذا التلوث من خلال تغيير تصميم طرق التحضير وعمليات الإنتاج بحيث لا تؤدى إلى إنتاج مخلفات فى المقام الأول. وحتى عدم وجود مخلفات ليس كافيا لحماية البيئة ولكن المنتجات الكيميائية يجب أن تصمم بحيث لا يكون هناك حاجة لاستخدام مواد خطرة أثناء إنتاجها. وباستبعاد استخدام مواد من هذا النوع سيكون الأثر مضاعفا بالنسبة للمكاسب البيئية كنتيجة لهذه العمليات ذات التصميم الجديد .

وهذه الاختيارات يجب أن تنفذ بعد تحليل دقيق للمنتج التجارى المطلوب. ومن الطبيعى أن يكون القادر على تنفيذ طبيعة هذه الاختيارات هم فقط الكيميائيون ( المتخصصون فى تخليق المواد ) والذى يمكن أن تعتمد عليهم الصناعة الكيميائية لاكتشاف وتحديث التقنيات التجارية . وهذه التحديثات تتطلب ليس فقط المحافظة على المنتج وتحسين جودته ولكن تطوير طرق جديدة لتخليق هذه المركبات بحيث يكون تصنيعها أقل كلفة واقل ضررا على البيئة . ويجب أن يشتمل بروتوكول إنتاج أى مادة كيميائية جديدة  على هذه المبادئ .

هل يتسبب الكيميائى ( بغير قصد ) فى إحداث التلوث.

لكى نقيم العلاقة بين الثورة التكنولوجية فى تصنيع الكيماويات وإحداث التلوث يجب أن نلقى نظرة تاريخية ونسأل " كيف كان الكيميائى يهدف إلى تصنيع منتج معين ؟ " لقد جاهد الكيميائيون لإثراء البشرية بمختلف منتجاتهم بدءاً من العقاقير مرورا بالبلاستيك . واتجهت أبحاثهم إلى تصنيع منتجات جديدة ذات كفاءة وظيفية عالية باتباع طرق تصنيع من مواد بادئة متوفرة ورخيص الثمن للحصول على أكبر كمية من المنتج . وتسبب هذا الاندفاع فى التركيز على كفاءة التقنيات الكيميائية إلى إحداث سلبيات كثيرة غير مقصودة على الإنسان والبيئة .

أهمية ناتج (Yield) عملية التخليق

كانت نظرة الكيميائى المخلق للمواد الكيميائية وتقييمه لكفاءة التحول الكيميائى هو مقدار ناتج العملية (Yield) ويعبر عن هذا الناتج بالنسبة المئوية للمنتج فى مقابل الكمية النظرية الناتجة من كم معين من المواد البادئة للتفاعل. وهذه الوسيلة فى التقييم تاريخيا كان تشير إلى الفائدة الاقتصادية والعلمية للطرق المستخدمة فى التصنيع. فمن الناحية العلمية فإن الناتج (Yield) هو مؤشر للأفضلية الديناميكية الحرارية للعملية المعينة عند تقييمها فى سياق التفاعل أو ظروف التصنيع . أما من الناحية الاقتصادية فإن الناتج (Yield) هو مؤشر هام لكفاءة استخدام مواد خام ( مواد بادئة ) (Feed stocks) . فعندما يكون الناتج منخفضا فيجب استخدام اقتصاديات أو تقنيات بديلة وذلك لكى لا يتسبب هذا الناتج فى خسارة لصاحب الإنتاج (المصنع) .

أهمية تكلفة المواد البادئة

تاريخنا يعتمد قرار تفضيل طريقة تحضير معينة لتصنيع مادة كيميائية بعينها على اختيار المواد البادئة ، فإذا كان هناك مواد بادئة رخيصة التكلفة وسهل الحصول عليها فإن ذلك سينعكس على اقتصاديات الإنتاج . ولكن حاليا وفى ظل الاهتمام المتنامى بالبيئة والصحة العامة فإن كل العوامل السابق ذكرها من تكلفة المواد البادئة وكمية المنتج لم تصبح وحدها هى العامل المحدد للحكم على طريقة التصنيع .

كيف تغير عالم تصنيع المواد الكيميائية ؟

بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية مباشرة وعندما أصبح قطاع الصناعات الكيميائية يعد من أهم قطاعات الصناعة بدأ يظهر تغيرا واضحا فى القيم المجتمعية تجاه تصنيع الكيماويات وحتمية العمل على الحد من التلوث التى تحدثه على الإنسان والبيئة .

وهنا أخذت المصانع الكيميائية اعتبارات ملزمة وأساسية عند تحضيرها لمنتج معين – وأصبحت اقتصاديات التصنيع تأخذ فى اعتبارها نفقات جديدة لم تكن فى حسبانها فى السابق والجدول الآتى يعبر عن معايير التكلفة فى الصناعات الكيميائية قديما وحديثا .

المعايير قديما

المعايير الجديدة

سعر المواد البادئة/ مدى توافرها

مخزون التغذية / تكلفة الطاقة

سعر المواد البادئة/ مدى توافرها

كلفة الطاقة

تكلفة قواعد الاذعان

تكلفة التخلص من المخلفات

تكلفة المسئوليات القانونية

التسويق الآمن

المرتجع من المستهلك

لماذا يكون دور الكيميائى أساسيا فى منع التلوث ؟

بحث الكيمياء الخضراء 1