I pesticidi ecosostenibili, la "Green Chemistry"

La "Chimica Verde" come contributo ad uno sviluppo sostenibile

Lo sviluppo sostenibile, chiave di volta del progresso tecnologico nel nuovo secolo, impone alle scienze chimiche di giocare un ruolo primario nella riconversione di vecchie tecnologie in nuovi processi puliti e nella progettazione di nuovi prodotti e nuovi processi eco-compatibili.

“Green Chemistry” (chimica verde o chimica sostenibile) significa chimica per l'ambiente.
Essa è fondamentalmente una nuova filosofia che assiste i chimici nella ricerca, nella produzione e nello sviluppo di processi e prodotti ecocompatibili: si propone di sostituire l'esistente per prevenire problemi futuri.
In sostanza la Green Chemistry è il tentativo di prevenire inquinamento, ridurre o eliminare l'uso di sostanza pericolosa, progettare prodotti e processi che riducano l'impatto sull'ambiente.

La consapevolezza del fatto che l'inquinamento non conosce confini nazionali, particolarmente quello dell'aria e dell'acqua, richiede sempre più l'adozione di politiche di controllo internazionalmente accettate. Le grandi agenzie ambientali governative, la grande industria ed il mondo della chimica in generale, stanno elaborando ed assumendo un codice di comportamento che individua strategie precise per prevenire l'inquinamento.
Col termine Chimica verde si fa proprio riferimento al nuovo ordine di priorità con cui si fa innovazione scientifica e tecnologica sulla base di principi generali rivolti ad eliminare l'uso di procedure e di sostanze pericolose. Alcune strategie possibili per perseguire questi obiettivi sono:
  1. l'ottimizzazione del bilancio di massa globale così da minimizzare i reflui;
  2. la minimizzazione dei costi energetici, per esempio progettando processi a temperatura e pressione ambiente;
  3. l'utilizzo di materie primarie ricavate da fonti rinnovabili;
  4. laddove possibile, sostituire composti obsoleti con altri che mantengano la loro efficacia funzionale riducendo nel contempo la tossicità nei confronti dell'uomo e dell'ambiente.
Tutto ciò è sintetizzato nei "dodici principi della green chemistry" un vero e proprio "manifesto" della chimica ecosostenibile.

Possibili applicazioni della "Green Chemistry"

  • il miglioramento delle condizioni di reazioni per vecchie sintesi (es. sostituzione di un solvente organico con acqua o eliminazione del solvente)

  • nuove sintesi per materiali già noti (es. : sintesi che usino biomasse anzichè materiali di origine petrolchimica o usino catalizzatori anzichè reagenti stechiometrici)

  • sintesi di nuove sostanze meno tossiche ma con le stesse proprietà desiderabili di sostanze esistenti (es: un nuovo insetticida che sia tossico in maniera selettiva verso alcuni organismi e sia biodegradabile formando sostanze non pericolose per l' ambiente)

A tale proposito un esempio di innovazione promossa da studi di design molecolare orientati all'ambiente è la sostituzione di pesticidi persistenti nell'ambiente e non selettivi.

Negli ultimi 50 anni avevano trovato grande applicazione in agricoltura una classe di pesticidi policlorurati (cfr pesticidi classici) particolarmente resistenti a degradazione chimica o microbiologica nell'ambiente e bioaccumulabili negli organismi. Oggi si vanno intensificando studi svolti a sostituire i vecchi pesticidi con altri prodotti, ad esempio con i piretroidi, analoghi della sostanza naturale piretrina. Poiché la piretrina naturale presenta particolare instabilità chimica nell'ambiente, vengono progettati composti analoghi di sintesi più resistenti del composto naturale di riferimento, e soprattutto di bassissima tossicità per gli organismi superiori.

Alcuni esempi di chimica/tecnologia sostenibile che hanno vinto il Presidential Green Chemistry Challenge Award riguardano :

  • Una nuova sintesi dell' ibuprofene, molto migliore per l' economia di atomi e la prevenzione dell' inquinamento. L' ibuprofene è una molecola con proprietà analgesiche ed antiinfiammatorie, utilizzata in molti farmaci.
    La sintesi tradizionale di questa molecola (brevettata nel 1960, U.S.Patent n. 3,385,886) consiste in un processo a sei stadi e produce una grande quantità di sottoprodotti non desiderati che devono essere smaltiti o gestiti separatamente. Gran parte dei rifiuti è conseguenza della mancata incorporazione di molti atomi dei reagenti nel prodotto finale.
    E' stata sviluppata e implementata una nuova sintesi industriale di ibuprofene che consiste solo di tre stadi (U.S. Patent n. 4,981,995 e n. 5,068,448, entrambi del 1991).
    In questo processo, molti atomi dei reagenti sono incorporati nel prodotto finale; la economia di atomi aumenta dal 40% al 77%.
    Questo comporta solo piccole quantità di sottoprodotti non desiderati, riducendo la necessità di smaltimento o trattamento dei rifiuti.

  • Sviluppo di tensioattivi per il biossido di carbonio che permettono l' uso di CO2 come solvente riciclabile (da usare al posto dei solventi clorurati, per esempio nel lavaggio a secco in alternativa al percloroetilene); collegamento con il sito dell' Università di Scranton

  • Lo sviluppo del TPA (Thermal Polyaspartate), un nuovo polimero idrosolubile biodegradabile (in alternativa ai sali dell' acido poliacrilico, che non sono biodegradabili), utilizzabile come disperdente anticalcare, additivo per le acque di scarico, o anche, dopo reticolazione, per assorbenti igienici. Inoltre il TPA può essere impiegato in agricoltura per aumentare l' assorbimento di fertilizzanti da parte delle piante e ridurne le perdite (collegamento con il sito dell' Università di Scranton)

  • Lo sviluppo di nuovi insetticidi più specifici verso gli organismi bersaglio quindi, meno tossici per l'uomo meno dannosi per l'ambiente.