Valeria Conte Universit di Roma Tor Vergata Roma

Valeria Conte Università di Roma Tor Vergata Roma 13 febbraio 2014

SFIDE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE Ø SOCIETA’ SOSTENIBILE • Diversità, tolleranza, rispetto economico ed intellettuale Ø SOSTITUZIONE DEI COMBUSTIBILI PRODURRE ENERGIA • Sole, vento, idrogeno, biomasse…… FOSSILI PER Ø RICICLO DI PLASTICHE, METALLI ecc Ø PRODUZIONE DEI COMPOSTI A BASE DI CARBONIO DA FONTI RINNOVABILI • CO 2 • biomasse Ø PREVENZIONE INQUINAMENTO Ø GREEN CHEMISTRY / CHIMICA VERDE

Love Canal (USA) 1971 Seveso (Italia) 1976 Times Beach (USA) 1982 Bhopal (India) 1984 Legge piano d’emergenza: diritto a sapere della comunità Uso delle concentrazioni guida Pollution Prevention Act (USA, 1990)

Prevenzione dell’inquinamento sulla base della progettazione di prodotti e processi chimici che riducono o eliminano l’uso e la generazione di sostanze pericolose. Anastas, Warner: GREEN CHEMISTRY: theory and practice 1998 Acc. Chem. Res. 2002

I dodici principi della Green Chemistry 1. Evitare gli scarti 2. Atom Economy 3. Sintesi di composti meno pericolosi 4. Progettazione di composti più sicuri 5. Minimizzare l’uso dei solventi 6. Efficienza energetica 7. Materie prime rinnovabili 8. Riduzione dei derivati 9. Catalisi 10. Progettare la degradazione 11. Analisi in tempo reale per prevenire l’inquinamento 12. Sicurezza Anastas, Warner: GREEN CHEMISTRY: theory and practice 1998

Fattore E 1. Evitare gli scarti 2. Atom Economy Il fattore E in un processo indica il Rapporto in peso (kg/kg) tra quantità totale di sottoprodotti ottenuti rispetto al prodotto desiderato Green Chemistry, 1999

Atom Economy Occorre massimizzare l’incorporazione di tutti i reagenti all’interno del prodotto: A + B CC + D Prodotto Non è Atom Economy! E’ Atom Economy! Sottoprodotto

Risorse alternative dalle biomasse 200 miliardi di tons/anno di biomassa vengono prodotte attraverso la fotosintesi. Solo il 3 -4% viene utilizzato (usi alimentari o altro) v. J. F. Jenck, Green Chem. , 2004, 6, 544 v. A. Corma et al. , Chem. Rev. , 2007, 107, 2411; Angew. Chem. , 2007, 46, 2 v. M. A. R. Meier et al. , Chem. Soc. Rev. , 2007, 11, 1788 v. J. O. Metzger et al. , Angew. Chem. Int. Ed. , 2000, 39, 2206 v. J. A. Dumesic et al. , Angew. Chem. Int. Ed. , 2007, 46, 2 -22

Risorse alternative Uso di Biomasse nella sintesi di Mangime per animali, Composti chimici e Carburanti BIOMASSA DI SCARTO TRATTAMENTO CON CALCE FERMENTAZIONE (biomassa trattata con calce) Mangime per animali ACIDIFICAZIONE Acido acetico Acido propanoico Acido butanoico CONCENTRAZIONE CONVERSIONE TERMICA IDROGENAZIONE Acetone Butanone Dietil chetone Alcooli isopropilico, isobutilico, isopentilico Mark T. Holtzapple, et al. , Texas A&M

Poliidrossialcanoati (PHA)

Risorse alternative Raffineria di Petrolio Carburanti Solventi Prodotti chimici di base Plastiche Materiale di partenza liquido Fibre Prodotti di chimica fine Oli Condizioni di lavoro drastiche

Risorse alternative Carburante Bio-raffineria Solventi Materiale di partenza solido Prodotti chimici di base Plastiche Fibre Prodotti di chimica fine Condizioni di lavoro non drastiche Oli

AUMENTO DEL COSTO DEGLI ALIMENTI A CAUSA DELL’AUMENTO DELLA PRODUZIONE DI BIODIESEL L’aumento della produzione di biocarburanti derivanti dal mais, dal grano e dalla soia contribuisce a spingere verso l'alto i prezzi degli alimenti così pesantemente che il World Food Programme (WFP), l’agenzia delle Nazioni Unite che si occupa della lotta alla fame, incontra notevoli difficoltà ad occuparsi dello stesso numero di persone seguite nel passato. Josette Sheeran, Direttore esecutivo del WFP, ha dichiarato che l’aumento dei prezzi ha già un impatto sulle operazioni del WFP, ed ha anche aggiunto: ”c'è una nostra presa di coscienza che abbiamo di fronte un nuovo livello di sfida. “ Financial Times: July 15, 2007

CONVERSIONE SOSTENIBILE DELLA BIOMASSA „While useful breakthroughs have been made in demonstrating how to use bio-based materials such as sugars and starches for basic chemical building blocks, . . . . these feedstocks will have to be accessed in a way that does not compete with land agricultural resources for food and feed production. ” “Sebbene siano stati ottenuti interessanti risultati nell’utilizzo di bio-materiali a base di zuccheri e amidi quali materiali di partenza di base per la sintesi di diversi composti chimici, . . . . È necessario tenere a mente che tali materie prime si dovranno ottenere in modi che non competano con la produzione agricola degli alimenti e dei mangimi…. ” *Horváth, I. T. and Anastas P. T. Chem. Rev. 2007, 107, 2174.

L’importanza della catalisi I catalizzatori sono sostanze che fanno variare la velocità di reazione, si ritrovano chimicamente inalterati alla fine di essa, pertanto sono riutilizzabili Catalizzatori normalmente impiegati: metalli pesanti Problemi: Difficile recupero nella catalisi omogenea Smaltimento

Processi catalitici alternativi Sintesi tradizionale dell’Ibuprofen Sintesi Alternativa “Green Chemistry” dell’Ibuprofen Pd BASF & Celanese Corporation

Processi catalitici alternativi Automobile ad Idrogeno

Micro onde (MW) + cat. Pd i-Pr 2 Et. N, H 2 O, DMF Me. Si(Cl 2)H, Cu. Cl TMEDA Classica: 16 h 60% MW: 10 min 66% Classica: 16 h 50% MW: 10 min 71% Acc. Chem. Res. 2002 KOH / Al 2 O 3 + Classica: <2% MW: 2 min 96% Classica: mix 1, 4 MW: solo 1 , 92% SENZA SOLVENTE Org. Proc. Res. &Dev. 2000

Fluidi supercritici Fluidi T critica (°C) Pcritica(atm) H 2 N 2 CO O 2 CO 2 NH 3 H 2 O -239, 9 -147, 1 -139, 0 -118, 0 31, 0 132, 5 374, 0 12, 8 33, 5 35, 0 50, 1 72, 9 112, 5 218, 3 Non infiammabile, non tossica, facilmente reperibile

Fluidi supercritici Estrazione della caffeina Estrazione classica: con acetato d’etile e diclorometano