Prinsip untuk Menilai Desain Proses
Prinsip kimia hijau menjadi pedoman untuk menilai rancangan bahan, reaksi, dan produk. Penilaian ini memeriksa apakah suatu proses mencegah limbah, mengurangi zat berbahaya, serta memakai energi dan sumber daya dengan lebih efisien sejak awal.
Kimia hijau mempertimbangkan seluruh daur hidup produk kimia, dari perancangan sampai pembuangan akhir, dan mengutamakan pencegahan polusi sejak awal.
Label "ramah lingkungan" belum menjelaskan perubahan pada desain. Untuk bioplastik dari kulit buah, botol plastik bekas yang dijadikan pot, atau cairan pembersih baru, tentukan bahan berbahaya, pemakaian energi, atau limbah yang benar-benar berkurang.
Dua Belas Prinsip Kimia Hijau
Dua belas prinsip kimia hijau menjadi kerangka untuk merancang bahan, proses, dan produk yang lebih ramah lingkungan.
| Prinsip | Pertanyaan cepat |
|---|---|
| Mencegah limbah | Bisakah proses mencegah terbentuknya limbah sejak awal? |
| Ekonomi atom | Berapa banyak atom bahan awal masuk ke produk utama? |
| Sintesis lebih aman | Apakah jalur reaksi mengurangi zat berbahaya? |
| Produk lebih aman | Apakah produk tetap berfungsi dengan toksisitas yang lebih rendah? |
| Pelarut lebih aman | Apakah pelarut dan bahan bantu benar-benar perlu, dan apakah pilihannya aman? |
| Hemat energi | Bisakah proses berjalan pada suhu yang lebih rendah dan tekanan yang tidak terlalu tinggi? |
| Bahan baku terbarukan | Apakah bahan baku dapat tersedia kembali dalam waktu yang sebanding dengan laju pemakaiannya? |
| Kurangi turunan | Apakah langkah perlindungan atau modifikasi sementara bisa dihindari? |
| Katalis | Bisakah katalis mempercepat reaksi tanpa banyak bahan sekali pakai? |
| Mudah terurai | Setelah digunakan, apakah produk dapat pecah menjadi zat yang lebih aman? |
| Analisis langsung | Bisakah proses dipantau sebelum polusi terbentuk? |
| Cegah kecelakaan | Apakah rancangan mengurangi risiko terbakar, bocor, meledak, atau terpapar? |
Secara keseluruhan, prinsip-prinsip tersebut memeriksa limbah, energi, pelarut, katalis, toksisitas, pemantauan proses, dan keselamatan kerja. Setiap penilaian harus didukung bukti dari proses yang sedang diperiksa.
Ekonomi Atom dan Limbah
Ekonomi atom menunjukkan persentase massa stoikiometris seluruh reaktan yang masuk ke produk yang diinginkan.
Misalkan adalah jumlah massa rumus stoikiometris produk yang diinginkan, sedangkan adalah jumlah yang sama untuk seluruh reaktan.
Persen ekonomi atom dihitung dari massa rumus produk yang diinginkan dibagi jumlah massa rumus semua reaktan dalam persamaan setara. Ukuran teoretis ini berbeda dari persen hasil eksperimen dan tidak langsung menghitung pelarut, reaktan berlebih, atau limbah pemrosesan. Jika ekonomi atom tinggi, lebih banyak atom reaktan masuk ke produk yang diinginkan. Jika rendah, lebih banyak atom masuk ke produk samping.
Ekonomi atom menunjukkan berapa banyak atom dari reaktan yang masuk ke produk yang diinginkan. Penilaian lengkap juga mencakup bahaya pelarut, energi yang dipakai untuk mencapai suhu dan tekanan operasi, serta keadaan produk setelah dipakai.
| Yang terlihat | Prinsip yang sedang dicek |
|---|---|
| Banyak sisa bahan setelah reaksi | Mencegah limbah dan ekonomi atom |
| Reaksi perlu pemanasan lama | Hemat energi |
| Pelarutnya mudah terbakar | Pelarut lebih aman dan cegah kecelakaan |
| Produk tetap lama di lingkungan | Mudah terurai |
Risiko dari Bahaya Bahan dan Paparan
Bahan alami juga dapat menimbulkan bahaya. Kapsaisin dapat mengiritasi kulit dan mata. Etanol sangat mudah terbakar. Sifat suatu zat menentukan bahaya intrinsik, seperti mudah terbakar atau mengiritasi. Dosis, konsentrasi, dan jalur paparan memengaruhi tingkat risiko. Bahaya intrinsik, dosis, konsentrasi, dan jalur paparan perlu diperiksa pada bahan alami maupun sintetis. Bahan sintetis dapat dirancang dengan toksisitas rendah, kestabilan yang sesuai selama digunakan, dan hasil penguraian yang lebih aman setelah pemakaian.
Bioplastik dari kulit buah memakai limbah organik sebagai bahan baku. Penggunaan limbah organik tersebut sesuai dengan prinsip bahan baku terbarukan dan pencegahan limbah, tetapi belum cukup untuk menilai seluruh proses. Kita juga perlu mengecek energi pemrosesan, bahan tambahan, ketahanan produk, dan cara produk tersebut terurai setelah digunakan.
Menggunakan botol bekas sebagai pot tetap membantu mengurangi sampah. Kegiatan ini termasuk penggunaan ulang, sedangkan kimia hijau merancang bahan atau reaksi agar bahaya berkurang sejak awal.
Menilai Reaksi dan Bahan Baku
Sebagian proses kimia memakai lebih sedikit energi jika reaksinya dapat berjalan pada suhu ruang atau tekanan biasa. Katalis dapat menyediakan jalur reaksi dengan energi aktivasi lebih rendah, sehingga proses tertentu dapat berjalan pada suhu yang lebih rendah atau tekanan yang tidak terlalu tinggi. Katalis yang selektif juga dapat mengurangi pembentukan produk samping. Dampak katalis bergantung pada mekanisme reaksi, selektivitas, umur pakai, dan kebutuhan pemisahan.
Katalis meningkatkan laju reaksi tanpa mengubah perubahan energi Gibbs standar keseluruhan reaksi. Katalis ikut bereaksi, lalu terbentuk kembali pada akhir rangkaian reaksi. Dalam proses nyata, katalis tetap dapat mengalami deaktivasi atau hilang. Perubahan kebutuhan energi dan jumlah limbah bergantung pada suhu dan tekanan operasi, selektivitas, toksisitas, kelangkaan, kemudahan pemulihan, serta umur pakai katalis.
Bahan baku terbarukan juga perlu dinilai dengan teliti. Kulit buah, pati, dan minyak nabati dapat dihasilkan kembali dalam waktu yang relatif singkat, tetapi proses menanam, mengangkut, mengekstrak, dan mengolahnya tetap memakai lahan, air, dan energi. Masukkan seluruh tahap tersebut ke dalam penilaian.
Cek Klaim Hijau
Misalkan ada dua cara membuat lem sederhana untuk label kertas.
| Pilihan | Desain proses |
|---|---|
| A | Memakai pelarut mudah terbakar, dipanaskan lama, dan menyisakan banyak cairan buangan. |
| B | Memakai air sebagai pelarut, suhu lebih rendah, dan sisa bahan sedikit, dengan daya rekat cukup untuk label kertas. |
Sekarang bandingkan pilihan A dan B dari suhu operasi, pelarut, serta jumlah sisa bahan.
Pilihan B lebih dekat dengan kimia hijau karena memenuhi beberapa prinsip sekaligus: pelarut lebih aman, energi lebih hemat, limbah lebih sedikit, dan risiko kecelakaan lebih rendah. Pilihan ini masih perlu diperiksa lebih lanjut: apakah lemnya terlalu cepat rusak, apakah bahan bakunya terbarukan, dan apa yang terjadi setelah label dibuang.
Gunakan prinsip kimia hijau sebagai pertanyaan untuk menilai proses: Bahan apa yang masuk? Dari mana energi untuk proses berasal? Bahaya apa yang dicegah? Limbah apa yang dapat dihindari?