GIÁO TRÌNH MÔN HÓA HỌC XANH LÊ THỊ THANH HƯƠNG - IUH, 2015

M CL C CH

NG 1: L ch s và quá trình phát tri n c a hóa h c xanh .................................... 1

1.1. Các v n đ v môi tr ng toàn c u .......................................................................... 1 1.1.1.

R ng đang b phá h y ................................................................................... 2 1.1.2. Ô nhi m môi tr ng ...................................................................................... 3 1.1.3.

S nóng d n lên c a Trái đ t......................................................................... 8 1.1.4.

S suy gi m t ng ozon ................................................................................ 11 1.1.5.

M t mát đa d ng sinh h c ........................................................................... 11 1.1.6.

S ô nhi m đ i d ng và bi n..................................................................... 13 1.1.7.

S hoang m c hóa ....................................................................................... 14 1.1.8.

Nhiên li u hóa th ch đang c n ki t ............................................................. 14 1.1.9.

S v n chuy n xuyên biên gi i các ch t th i nguy h i ............................... 16 1.2. Nguyên nhân c a các v n đ môi tr ng toàn c u................................................. 17 1.2.1.

Bùng n dân s ............................................................................................ 17 1.2.2.

L ng th c và nông nghi p ........................................................................ 17 1.2.3.

N ng l ng .................................................................................................. 17 1.2.4.

Công nghi p ................................................................................................ 17 1.2.5.

S c kho và đ nh c .................................................................................... 18 1.2.6.

Quan h kinh t qu c t ............................................................................... 18 1.3. S phát tri n b n v ng ........................................................................................... 18 1.3.1.

Phát tri n b n v ng và b o v môi tr ng .................................................. 19 1.3.2.

Các nguyên t c xây d ng xã h i b n v ng ................................................. 19 1.4. Hóa h c xanh và phát tri n b n v ng..................................................................... 20 1.4.1. nh ngh a hóa h c xanh............................................................................. 21 1.4.2.

Các giai đo n phát tri n c a hóa h c xanh .................................................. 22 1.4.3.

Vai trò c a hóa h c xanh trong phát tri n b n v ng ................................... 23 1.5. K thu t xanh ......................................................................................................... 25 1.5.1. nh ngh a k thu t xanh ............................................................................ 25 1.5.2.

Các giai đo n phát tri n c a k thu t xanh ................................................. 25 1.5.3.

Vai trò c a k thu t xanh trong phát tri n b n v ng................................... 26 CH 2.1.

2.2.

2.3.

2.4.

CH

NG 2: Nguyên lý và nguyên t c c a hóa h c xanh và k thu t xanh................ 28 Các nguyên t c c a hóa h c xanh: ......................................................................... 29 Các nguyên t c c b n c a k thu t xanh .............................................................. 36 Nh ng thành t u nghiên c u và ng d ng c a hóa h c xanh ................................ 44 o l ng m c đ xanh........................................................................................... 47 NG 3:

ánh giá vòng đ i s n ph m (LCA) ......................................................... 50

3.1. nh ngh a và ng d ng c a ph ng pháp đánh giá vòng đ i s n ph m (LCA)... 50 3.2. L ch s phát tri n c a LCA .................................................................................... 52 3.3. H n ch c a vi c th c hi n LCA ........................................................................... 53 3.4. Ph ng pháp LCA ................................................................................................. 54 3.4.1.

M c tiêu đ nh ngh a và ph m trù ................................................................ 54

3.4.2.

3.4.3.

3.4.4.

CH

Vòng đ i ki m kê ........................................................................................ 56 ánh giá tác đ ng vòng đ i ........................................................................ 80 Gi i thích vòng đ i ...................................................................................... 85

NG 4: Nh ng lãnh v c nghiên c u c a Hóa h c xanh ....................................... 93

4.1. Dung môi xanh ....................................................................................................... 95 4.1.1.

Khái ni m v dung môi ............................................................................... 95 4.1.2.

Tính ch t v t lý c a dung môi h u c ......................................................... 96 4.1.3. ng d ng c a dung môi h u c .................................................................. 98 4.1.4. nh h ng c a vi c s d ng dung môi h u c ........................................ 101 4.1.5.

Dung môi xanh .......................................................................................... 102 4.2. Các ph ng pháp t ng h p hi n đ i .................................................................... 111 4.2.1.

Ph ng pháp siêu âm ................................................................................ 111 4.2.2.

Ph ng pháp vi sóng ................................................................................. 125 4.2.2.8. K t h p thi t b siêu âm và vi sóng ........................................................... 141 4.3. Xúc tác xanh ......................................................................................................... 142 4.3.1. nh ngh a xúc tác sinh h c ...................................................................... 142 4.3.2.

Danh pháp và phân lo i enzym ................................................................. 144 4.3.3. u đi m c a xúc tác sinh h c: .................................................................. 145 4.3.4.

H n ch c a xúc tác sinh h c: ................................................................... 145 4.3.5. ng d ng c a xúc tác sinh h c trong k thu t: ......................................... 145 4.3.6.

Ph ng pháp nghiên c u enzym ............................................................... 146 4.3.7.

Ngu n enzym ............................................................................................ 148 4.3.8.

So sánh xúc tác sinh h c v i các lo i xúc tác khác ................................... 148 4.3.9. c đi m c a ph n ng s d ng xúc tác sinh h c (enzym) ...................... 150 4.3.10.

B n ch t hóa h c c a enzyme ................................................................... 154 4.3.11.

Thành ph n c u t o c a enzyme ............................................................... 154 4.3.12.

C u trúc b c 4 c a enzyme: ...................................................................... 155 4.3.13. nh h ng c a các y u t đ n đ b n c a enzym .................................... 156 4.3.14. ng h c c a ph n ng enzyme hai c ch t: ............................................ 157 4.3.15.

Ho t hóa enzyme: ...................................................................................... 158 4.3.16.

C ch làm t ng t c đ ph n ng c a enzyme: ......................................... 158 4.3.17.

Các nhóm enzyme: .................................................................................... 159 4.3.18.

M t s ví d ng d ng c a xúc tác sinh h c ............................................. 161

1

CH NG L ch s và quá trình phát tri n c a hóa h c xanh 1.1.

Các v n đ v môi tr

ng toàn c u

Trong kho ng hai th k qua, hóa h c đã phát tri n trên quy mô ngày càng t ng.

Nh ng thành qu c a hóa h c và ngành công nghi p hóa ch t đã góp ph n nâng cao đ i s ng tinh th n, v t ch t và s c kh e c a con ng i thông qua vi c phát tri n s n xu t các ngành công nghi p d c ph m, phân bón, y khoa, đi n t , hàng không, xây d ng, v t li u m i; đ c bi t là t ng n ng su t trong s n xu t nông nghi p. Cùng v i các thành t u v t b c c a các ngành khoa h c k thu t khác, hóa h c và ngành công nghi p hóa ch t đã t o ra nh ng giá tr làm t ng ch t l ng c a cu c s ng c a con ng i. Bên c nh s phát tri n v t b c c a khoa h c k thu t ph c v đ i s ng con ng i trong nh ng n m qua, v n đ ô nhi m môi tr ng, c n ki t tài nguyên, nóng m khí h u toàn c u đang có d u hi u báo đ ng gây nguy h i cho môi tr ng, các sinh v t s ng k c con ng i t s phát th i các ch t đ c h i, không có kh n ng phân h y, khai thác phá h y r ng, s d ng các nguyên v t li u không có kh n ng tái t o.

Môi tr ng là t p h p t t c các y u t t nhiên và xã h i bao quanh con ng i, nh h ng t i con ng i và tác đ ng đ n các ho t đ ng s ng c a con ng i nh : không khí, n c, đ t, đ m, sinh v t, xã h i loài ng i và các th ch . Nh ng ngu n nguy h i cho môi tr ng là nh ng ngu n gây nh h ng tr c ti p đ n không khí, n c, đ t, xã h i…

Môi tr ng t nhiên không có ranh gi i rõ r t vì các thành ph n c a môi tr ng t nhiên đ u có quan h ch t ch và tác đ ng l n nhau. Không khí hay đ i s ng c a các đ ng v t hoang dã không th chia theo biên gi i qu c gia. Vi c phá r ng các n c Châu M La tinh và Châu Á đang gây ra n n l t l i có s c tàn phá ngày càng l n đ i v i các qu c gia n m phía h l u. M a axit và phóng x h t nhân có th xuyên biên gi i c a nhi u qu c gia. V n n n môi tr ng không ch gi i h n trong ph m vi c a qu c gia gây ra mà có th xuyên biên gi i và đ t đ n m c đ toàn c u. Các v n đ môi tr ng toàn c u t p trung vào các n i dung chính nh sau: -

R ng đang b phá hu Môi tr ng b ô nhi m nghiêm tr ng Khí h u Trái đ t đang nóng d n lên T ng ozon b suy thoái S suy gi m nhanh đa d ng sinh h c Ô nhi m bi n và đ i d ng S hoang m c hoá Ngu n nhiên li u hóa th ch đang c n ki t S v n chuy n xuyên biên gi i các ch t th i nguy hi m

Nh ng v n đ v môi tr ng toàn c u không tách bi t và đ c l p mà có quan h ph c t p và tác đ ng qua l i l n nhau. Vi c ch t phá và đ t r ng làm nông nghi p hay s n xu t b t gi y s phá hu r ng, làm suy gi m tài nguyên đa d ng sinh h c và phá h y môi tr ng

2

s ng c a sinh v t và làm t ng l ng CO2 trong khí quy n là nguyên nhân chính c a vi c khí h u toàn c u đang nóng m d n lên. Ngoài ra vi c s d ng nhiên li u hóa th ch nh d u, x ng và than c ng làm t ng l ng CO2 và các khí NOx và SO2 là nguyên nhân gây ra m a axít c ng đang là m t trong nh ng v n n n môi tr ng đ c bi t các n c đang phát tri n. V n đ môi tr ng toàn c u ph n l n do các ho t đ ng c a con ng i gây ra và chính con ng i là n n nhân c a các nh h ng và tác h i c a chúng. Con ng i đang s n xu t, tiêu th và lo i m t l ng l n rác th i đ ng th i khai thác s d ng m t l ng l n v tài nguyên và n ng l ng là m t trong nh ng nguyên nhân chính c a các v n n n môi tr ng toàn c u.

1.1.1. R ng đang b phá h y R ng xanh trên th gi i che ph kho ng m t ph n ba di n tích đ t li n c a Trái đ t, chi m kho ng 40 tri u km2. Tuy nhiên, các vùng r ng r m t t t i đã b suy thoái nhanh chóng trong nh ng n m g n đây. Các h sinh thái r ng bao ph kho ng 10% di n tích Trái đ t, kho ng 30% di n tích đ t li n. Tuy nhiên, các vùng có r ng che ph đã b gi m đi kho ng 40% trong vòng 300 n m qua và theo đó mà các loài đ ng th c v t, thành ph n quan tr ng c a các h sinh thái r ng c ng b m t mát đáng k . Loài ng i đã làm thay đ i các h sinh thái m t cách h t s c nhanh chóng trong kho ng 50 n m qua, nhanh h n b t k th i k nào tr c đây. Di n tích các vùng đ t hoang dã đã đ c chuy n thành đ t nông nghi p, ch tính riêng t n m 1945 đ n nay đã l n h n c trong th k th XVIII và XIX c ng l i. Di n tích đ t hoang hóa ngày càng m r ng. Trong kho ng 50 n m qua, trên toàn th gi i đã m t đi h n 1/5 l p đ t màu các vùng nông nghi p, trong lúc đó, nhi u vùng đ t nông nghi p màu m đang đ c chuy n đ i thành các khu công nghi p.

Nguyên nhân làm suy thoái h sinh thái r ng trong vòng 50 n m qua, ph n chính là do chuy n đ i r ng thành đ t nông nghi p. Trong nh ng n m g n đây, s m t mát r ng t ng lên khá nhanh là do vi c chuy n đ i t n n kinh t t cung t c p sang n n kinh t ti n t , đ s n xu t l ng th c và th t nhi u h n n a nh m cung c p cho dân s t ng nhanh, và thêm vào đó là s thay đ i v quan ni m c a ng i dân v thiên nhiên (tr c đây, h xem thiên nhiên, r ng núi, sông bi n... là th n linh v i thái đ kính tr ng và s hãi, không dám xâm ph m).

Nguyên nhân chính m t r ng trên th gi i là do ho t đ ng c a con ng i: l y đ t đ ch n nuôi và tr ng tr t, phát n ng làm r y, khai thác g , xây d ng các công trình th y đi n, th y l i, giao thông, xây d ng khu dân c m i và khai khoáng, nh t là t i các n c đang phát tri n. Hàng n m, có kho ng 20.000 đ n 30.000 km2 r ng nhi t đ i b phá h y đ s n xu t l ng th c, tr ng cây công nghi p và làm đ ng c đ ch n nuôi. Ngoài ra, công vi c khai thác khoáng s n c ng gây nên s tàn phá r ng nghiêm tr ng nhi u vùng, nh t là t i các n c đang phát tri n. C ng vì th mà s suy thoái và m t r ng t i các vùng nhi t đ i là v n đ nguy c p nh t.

Các h sinh thái r ng cung c p cho chúng ta dòng n c trong lành, an toàn và nhi u d ch v c n thi t khác. S gi m sút di n tích r ng làm cho l ng h i n c thoát ra t r ng b gi m sút, do đó, l ng m a c ng ít đi, ngu n n c cung c p b h n ch , gi m sút, nh h ng đ n cu c s ng và s c kh e c a ng i dân trong vùng, đ ng th i, b nh t t c ng t ng thêm. Gi m di n tích r ng c ng đ ng ngh a v i vi c t ng xói mòn, s t l đ t, nh t là trong mùa m a l , do đ che ph c a đ t b suy gi m. R ng còn đem l i nhi u l i ích khác cho chúng ta, trong đó, vi c đ m b o s n đ nh chu trình ôxy và cacbon trong khí quy n và trên m t đ t là r t quan tr ng. Cây xanh h p th l ng l n CO2 và th i ra khí ôxy, r t c n thi t cho cu c s ng. T tr c đ n nay, l ng CO2 có trong khí quy n luôn n đ nh nh s

3

quang h p c a cây xanh. Tuy nhiên, trong nh ng n m g n đây, m t di n tích l n r ng b phá h y, nh t là r ng r m nhi t đ i, do đó hàng n m, có kho ng 6 t t n CO2 đ c th i thêm vào khí quy n trên toàn th gi i, t ng đ ng kho ng 20% l ng khí CO2 th i ra do s d ng các nhiên li u hóa thach (26 t t n/n m). i u đó có ngh a là vi c gi m b t s d ng nhiên li u hóa th ch và khuy n khích b o v r ng và tr ng r ng đ gi m b t tác đ ng c a bi n đ i khí h u là r t quan tr ng.

Theo báo cáo th t c a IPCC, có th gi m phát th i kho ng 1,3 đ n 4,2 t t n CO2 hàng n m b ng cách t ng c ng tr ng r ng và b o v r ng. Tuy nhiên, hi n nay chúng ta c ng ch a th nói d ki n đó có th hi n th c hay không, vì r ng r ng nhi u vùng trên th gi i, nh t là Nam M , châu Phi và Nam Á v n đang ti p t c b suy thoái nghiêm tr ng. Có th nói r ng, r ng nhi t đ i Nam M , Nam Á và Trung Phi đã s n xu t ra h n 40% l ng ôxy đ c sinh ra trên Trái đ t qua con đ ng quang h p. c bi t, r ng nhi t đ i Amazon Nam M đã sinh ra 1/4 l ng ôxy trên Trái đ t, vì th mà ng i ta g i r ng vùng Amazon là “lá ph i c a Trái đ t”... Brazil là n c s n xu t l n v th t và đ u nành, chính vì th mà vào nh ng n m cu i th p k 1980, r ng nhi t đ i l u v c sông Amazon đã b đ t tr i đ làm đ ng c và t n m 1994 đ n n m 2007, s bò Brazil đã t ng lên 42 tri u con, kho ng 80% đ c nuôi l u v c sông Amazon. H n n a, trong nh ng n m g n đây, nhi u vùng r ng nhi t đ i đã đ c chuy n đ i thành vùng tr ng đ u nành, ngô, mía, dùng đ ch n nuôi và làm nhiên li u sinh h c.

N u không có các bi n pháp h u hi u đ ng n ch n n n phá r ng, thì r ng nhi t đ i v n còn b tàn phá và ch trong vòng vài th p k n a, r ng nhi t đ i Amazon – “lá ph i c a Trái đ t” – và nhi u vùng r ng quan tr ng khác châu Phi, Nam Á s không còn n a. V n đ ô nhi m môi tr ng toàn c u s n ng n h n và hi n t ng nóng lên toàn c u khó lòng h n ch đ c nh mong mu n c a nhân lo i. c tính, đã có kho ng 60% kh n ng d ch v cho s s ng trên Trái đ t c a các h sinh thái, nh t là các h sinh thái r ng – nh ngu n n c ng t, ngu n cá, đi u ch nh không khí và n c, đi u ch nh khí h u vùng, đi u ch nh các thiên tai và d ch b nh t nhiên – đã b gi m sút, gây thi t h i l n cho nhi u ng i, nh t là nh ng ng i dân nghèo. Các nhà khoa h c c ng đã c nh báo r ng, tác đ ng tiêu c c c a nh ng suy thoái nói trên s t ng lên nhanh chóng trong 50 n m s p t i n u không có các bi n pháp tích c c (UNEP, 2010).

1.1.2. Ô nhi m môi tr

ng

Ô nhi m môi tr ng (environmental pollution) là s thay đ i thành ph n và tính ch t c a môi tr ng, có h i cho các ho t đ ng s ng bình th ng c a con ng i và sinh v t.

Thông th ng s an toàn c a môi tr ng đ c qui đ nh b i các ng ng hay các giá tr gi i h n trong tiêu chu n môi tr ng, nên có th nói "ô nhi m môi tr ng là s làm gi m tính ch t môi tr ng, vi ph m tiêu chu n môi tr ng". Các ch t mà s có m t c a chúng gây ra s ô nhi m môi tr ng g i là các tác nhân hay ch t ô nhi m (pollutants).

1.1.2.1. Ô nhi m n

c

Ô nhi m n c là s thay đ i thành ph n và tính ch t c a n c, có h i cho ho t đ ng s ng bình th ng c a con ng i và sinh v t, do s có m t c a các tác nhân quá ng ng cho phép. Hi n ch ng Châu Âu đ nh ngh a: "S ô nhi m n c là m t s bi n đ i nói chung do con ng i gây đ i v i ch t l ng n c, làm ô nhi m n c và gây nguy h i đ i v i vi c s d ng c a con ng i, cho công nghi p, nông nghi p, nuôi cá, ngh ng i - gi i trí c ng nh đ i v i các đ ng v t nuôi, các loài hoang d i"

4

S ô nhi m n c có th có ngu n g c t nhiên hay nhân t o. Ô nhi m t nhiên do nhi m m n, nhi m phèn, gió, bão, l l t...N c m a r i xu ng m t đ t, mái nhà, đ ng ph đô th khu công nghi p, kéo theo các ch t b n xu ng sông, h ho c các s n ph m c a ho t đ ng s ng c a sinh v t, vi sinh v t k c các xác ch t c a chúng. S ô nhi m này g i là ô nhi m không xác đ nh đ c ngu n. Ô nhi m nhân t o ch y u do x n c th i t các vùng dân c , khu công nghi p, ho t đ ng giao thông v n t i, do s c tràn d u, thu c tr sâu, thu c di t c và phân bón trong nông nghi p, các ph ng ti n giao thông v n t i đ c bi t là giao thông v n t i đ ng bi n.

Các nguyên nhân c a v n đ ô nhi m n -

c nghiêm tr ng mang tính ch t toàn c u là:

u tiên phát tri n kinh t b t ch p các h u qu v m t môi tr

ng.

-

Cho r ng vi c th i b các ch t th i công nghi p và sinh ho t vào n c là không có v n đ gì ho c là có ít ho c không gây ra nh ng nh h ng x u. Thi u ki n th c v các ch t gây ô nhi m xâm nh p vào n c đâu và nh th nào (ví d , các ch t th i d i đ t s xâm nh p vào n c ng m).

-

Thi u hi u bi t v các ch t gây ô nhi m di chuy n trong l u v c nh th nào.

-

Thi u hi u bi t v m i liên h gi a các ho t đ ng trong đ t li n nh canh tác và đ n g v i ô nhi m vùng ven bi n.

-

Cho r ng đ t ng p n c là "nh ng vùng đ t b đi" và chúng c n đ c chuy n sang s d ng vào nh ng vi c khác nh làm đ p, ho c đ c n o vét và l p đi.

-

đ s d ng vào vi c xây d ng.

-

Thi u lu t pháp v vi c lo i th i các ch t th i.

-

Thi u ti n đ xây d ng các nhà máy x lý n

-

S gia t ng dân s và nhu c u n

-

S phân tán quy n l c: m t l u v c có th thu c nhi u quy n h n chính tr khác nhau.

Trong m t s n c hay m t s qu c gia, các t ch c ch u trách nhi m v n c s ch không ki m soát đ c các ho t đ ng gây nh h ng đ n s l ng và ch t l ng n c.

c th i.

c ngày càng gia t ng.

V i s gia t ng dân s và t c đ phát tri n công nghi p hi n nay thì di n tích đ t canh tác ngày càng b thu h p, ch t l ng đ t ngày càng gi m d n. S suy thoái tài nguyên đ t là v n đ h t s c lo ng i và r t nghiêm tr ng. t là n i h ng ch u t t c các ngu n ô nhi m.

T đ t, sau khi các ch t th i ng m xu ng s hòa tan vào các m ch n c ng m s gây ô nhi m ngu n n c. t là n i con ng i sinh s ng và làm vi c, là n i canh tác t o ra l ng th c, th c ph m..nên ô nhi m đ t s nh h ng đ n an ninh l ng th c.

1.1.2.2. Ô nhi m không khí Ô nhi m không khí là s có m t m t ch t l ho c m t s bi n đ i quan tr ng trong thành ph n không khí, làm cho không khí không s ch ho c gây ra s t a mùi, có mùi khó ch u, gi m t m nhìn xa (do b i). Thu t ng "v t gây ô nhi m không khí" th ng đ c s d ng đ ch các ph n t b th i vào không khí do k t qu ho t đ ng c a con ng i và t nhiên gây tác h i x u đ n s c kho con ng i, các h sinh thái và các v t li u khác nhau.

Các "v t gây ô nhi m không khí" có th th r n (b i, m hóng, mu i than), hình th c gi t (s ng mù quang hoá) hay th khí (SO2, NO2, CO,...).

Hai ngu n gây ra ô nhi m c b n đ i v i môi tr ng không khí là thiên nhiên và các ho t đ ng c a con ng i. Ngu n gây ô nhi m do thiên nhiên nh nham th ch nóng, khí

5

CH4 và nhi u lo i khí khác và khói b i giàu sulfua khi núi l a ho t đ ng. Không khí ch a b i lan t a đi r t xa vì nó đ c phun lên r t cao. Cháy r ng và đ ng c do các quá trình t nhiên nh s m ch p, c sát gi a th m th c v t và c khô th ng lan truy n r ng và phát th i nhi u b i và khí. Bão b i gây ra do gió m nh và m a bão bào mòn đ t sa m c và đ t tr ng th i tung lên thành b i. N c bi n b c h i cùng v i sóng bi n tung b t mang theo b i mu i lan truy n vào không khí. Các quá trình th i r a c a các đ ng v t và th c v t ch t t nhiên c ng th i ra các ch t khí ô nhi m. Các ph n ng hóa h c gi a các khí t nhiên t o ra các khí sulfua, nitric, các lo i mu i...

Ng

i ta phân lo i ngu n ô nhi m do ho t đ ng c a con ng

i nh sau:

-

Do công nghi p: khói c a các nhà máy trong quá trình s n xu t do đ t nhiên li u có ch a các ch t khí SO2, CO2, CO,..., b i và các khí đ c h i khác ho c các ch t khí b b c h i, rò r th t thoát trong dây chuy n s n xu t, trên các đ ng d n th i vào môi tr ng. c đi m c a ch t th i công nghi p là n ng đ ch t đ c h i cao và t p trung.

Các ngành công nghi p n ng l ng, công nghi p d u khí, công nghi p hoá ch t, công nghi p luy n kim, công nghi p c khí, công nghi p v t li u xây d ng và các ngành công nghi p nh là nguyên nhân chính gây ô nhi m. Do tính đa d ng c a ngu n ô nhi m công nghi p nên vi c xác đ nh và tìm các bi n pháp x lý các khu công nghi p l n g p r t nhi u r t khó kh n.

-

Do giao thông v n t i: giao thông v n t i sinh ra g n 2/3 khí CO2 và 1/2 khí CO cùng v i khí NO. i m n i b t c a ngu n này là ô nhi m tính theo đ n v ph ng ti n v n t i có quy mô nh nh ng l i t p trung su t d c tuy n giao thông nên tác h i l n. c bi t ô tô c.n gây b i đ t đá đ i v i môi tr ng không khí và b i r t đ c h i qua ng x là b i h i ch. và tàn khói. Tàu h a, tàu th y, ch y b ng nhiên li u than hay x ng d u c ng gây ô nhi m môi tr ng t ng t nh ôtô. c đi m n i b t c a ngu n ô nhi m giao thông v n t i là ngu n ô nhi m th p, di đ ng, kh n ng khuy ch tán các ch t ô nhi m giao thông v n t i r t ph thu c vào đ a h.nh và quy ho ch ki n trúc các ph ph ng hai bên đ ng. Máy bay c ng là ngu n gây ô nhi m b i, h i đ c h i và ti ng n. B i và h i đ c h i do máy bay th i ra nói chung là nh , tính t l trên nhiên li u tiêu hao trên đ ng bay c ng ít h n ô tô. M t đi u đáng chú . là máy bay siêu âm bay đ cao l n th i ra khí Nit oxit (NO2) gây h h i t ng ozon.

-

Do sinh ho t: sinh ra do các ho t đ ng sinh ho t c a con ng i nh b p đun và các lò s i s d ng nhiên li u g , c i, than, d u m ho c khí đ t. Quá trình đ t nhiên li u không hoàn toàn t o ra CO2 và CO. N ngu n ô nhi m này nh nh ng có đ c đi m là tác đ ng c c b tr c ti p trong m i gia đình nên có th đ l i h u qu l n v lâu dài. C ng rãnh và môi tr ng n c m t nh ao h , kênh r ch, sông ngòi b ô nhi m c ng b c h i, thoát khí đ c h i gây ô nhi m môi tr ng không khí, các đô th ch a thu gom và x lý rác t t thì s th i r a, phân h y rác h u c v t b a bãi ho c chôn không đúng k thu t c ng là m t ngu n gây ô nhi m không khí. Các khí ô nhi m t các ngu n th i sinh ho t trên ch y u là khí CH4, H2S, NH4, mùi hôi th i làm ô u không khí các khu dân c trong đô th .

M t ch t sau khi b th i vào không khí, s khuy ch tán đi các n i và phát tán s ô nhi m. Các đi u ki n khí h u, đ a hình khu v c và thành ph n khí và b i th i,... đã nh h ng đ n s phân b c a ch t ô nhi m trong không gian và th i gian. Nhi t đ c a không khí có nh h ng đ n s phân b n ng đ ch t ô nhi m trong không khí t ng g n m t đ t.

Tính n ng h p th và b c x nhi t c a m t đ t đ t nh h ng đ n s phân b nhi t đ không khí theo ph ng th ng đ ng. Tùy tr ng thái b m t đ t, đ c đi m đ a hình m i vùng

6

mà gradian nhi t đ l p không khí c a m i vùng khác nhau. Thông th ng càng lên cao nhi t đ không khí càng gi m, trong tr ng h p thu n nhi t này, các ch t ô nhi m đ c đ a lên cao và lan truy n đi xa. Trong m t s tr ng h p có hi n t ng ng c l i, khi càng lên cao (trong t m cao nào đó) nhi t đ không khí càng t ng. Hi n t ng này g i là s "ngh ch đ o nhi t" (h.nh 5.1) và nó có nh h ng đ c bi t đ i v i s phát tán ch t ô nhi m trong không khí c a t m cao này mà h u qu là làm c n tr s phát tán, gây n ng đ đ m đ c n i g n m t đ t. ã t ng x y ra nh ng t n s ngh ch đ o nhi t c a m t vài vùng, đ l i tác h i l n nh s ki n ng đ c khí Luân ôn (tháng 12/1952). Trong th i gian này, c thành ph Luân ôn chìm ng p trong s ng mù dày đ c, ng i ta có c m giác có chi c vung l n úp trên vùng tr i Luân ôn. Khói than do các nhà máy, các h dân c x ra b d n t d i chi c vung đó khi n không khí trong thành ph b ô nhi m r t nghiêm tr ng, k t qu là trong v.ng m t tháng có đ n 8.000 ng i ch t. T ng t v i tr ng h p c a thành ph Los Angeles (tháng 10/1948). m và m a c ng có nh h ng t i s lan truy n ch t ô nhi m. M t s ch t ô nhi m khí và b i khi g p m a s theo n c m a r i xu ng b m t đ t. Nh v y, m a có tác d ng làm s ch không khí, lá cây, chuy n các ch t ô nhi m không khí vào môi tr ng n c, đ t. Nh ng m a c ng là m t y u t r t quan tr ng khi các ch t khí SO2, CO2,... g p m a s t o ra m a axit gây tác h i r t l n đ n môi tr ng.

Cùng v i vi c môi tr ng không khí ngày càng b ô nhi m d n đ n kh n ng h p th b c x M t Tr i c a khí quy n t ng lên, "hi u ng nhà kính" do khí th i CO2 càng tr nên rõ r t làm nhi t đ trung bình c a trái đ t t ng lên. Ngoài ra các h t v t ch t nh b i khói t ng lên s làm gi m l ng b c x m t tr i đi đ n m t đ t có kh n ng gây nên "hi u ng làm l nh" c a khí h u th gi i, cu i cùng t o ra m t k nguyên b ng giá. Hi n nay ng i ta ch a d đoán đ c hi u ng nào s th ng th , tuy nhiên s tác đ ng qua l i c a chúng s gây ra s b t n v th i ti t trong qui mô toàn c u.

M a acid là tác nhân ô nhi m th c p, c ng là v n đ quan tr ng trong ô nhi m không khí. N c m a bình th ng ch mang tính acid nh , không có tác h i. N u n c m a có đ acid d i 5,6 đ c g i là m a acid. M a acid nh h ng x u t i các thu v c. Ph n l n các h n c B c Âu b acid hóa. Riêng Canada có t i 4.000 h n c b acid hóa.

Các dòng ch y do m a acid đ vào ao, h s làm đ pH c a ao, h gi m nhanh chóng, các sinh v t trong ao, h , suy y u ho c ch t hoàn toàn. H , ao tr thành các thu v c ch t. M a acid nh h ng x u t i đ t do n c m a ng m xu ng đ t làm t ng đ chua c a đ t, làm suy thoái đ t, cây c i kém phát tri n. Lá cây g p m a acid s b "cháy" l m ch m, m m s ch t khô, kh n ng quang h p c a cây gi m, cho n ng su t th p. Nh ng tác h i do m a acid gây ra cho nhi u n c Châu Âu, B c M . Hàng tri u ha r ng b nh h ng c a m a acid.

M a acid còn phá hu các v t li u làm b ng kim lo i, làm gi m tu i th c a các công tr.nh xây d ng, các t ng đài, các di tích l ch s và v n hoá nh c cung B c Kinh, Kim t tháp Ai C p, l ng Taj Mahal n ,... nh ng di tích đó đ c làm b ng đá quí r t c ng và ch u đ c m a gió hàng ngh.n n m, nh ng m y n m g n đây ng i ta th y xu t hi n nh ng v t đen l i lõm l m ch m nh m t t m g m t và b bào mòn v i t c đ nhanh chóng. T ng đá kh ng l nhân s Sphinx (Ai C p) t n t i h n 5.000 n m qua nh ng hi n nay đã xu t hi n các v t đen l m t m do các h t acid đang g m nh m.

1.1.2.3. Ô nhi m đ t t th ng là n i ti p nh n ch y u t t c các ngu n th i. S th i các ch t th i r n các đô th sinh ra hàng lo t v n đ v s c kh e, ô nhi m đ t và n c, phá h y c nh quan,

7

chi m d ng đ t làm bãi th i,... D a vào tác nhân gây ô nhi m, ng đ t do tác nhân sinh h c, tác nhân hóa h c, tác nhân v t lý.

i ta phân lo i ô nhi m

Ô nhi m đ t b i các tác nhân sinh h c: Do dùng phân h u c trong nông nghi p ch a qua x lý các m m b nh ký sinh trùng, vi khu n đ ng ru t,... đã gây ra các b nh truy n t đ t cho cây sau đó sang ng i và đ ng v t. t đ c coi là n i l u gi các m m b nh.

Tr c h t là các nhóm tr c khu n và nguyên sinh v t gây b nh đ ng ru t nh tr c khu n l , th ng hàn và phó th ng hàn, phây khu n t , l amíp, xo n trùng vàng da, tr c trùng than, n m, b nh u n ván,... và các b nh ký sinh nh giun, sán lá, sán dây, ve bét,... các n c đang phát tri n, ô nhi m đ t b i các tác nhân sinh h c r t n ng vì không đ đi u ki n di t m m b nh tr c khi đ a chúng tr l i đ t. Các b nh d ch lây lan r ng nh b nh đ ng ru t, b nh ký sinh trùng,... lan truy n theo đ ng ng i - đ t - ng i hay đ ng v t nuôi đ t - ng i; đ t - ng i. Ô nhi m đ t b i các tác nhân hóa h c: Ch t th i t các ngu n th i công nghi p nh ch t th i c n b , các s n ph m ph , d l ng thu cb o v th c v t nh phân bón, thu c tr sâu, di t c ,....Phân bón và các thu c tr sâu, di t c đ c dùng v i m c đích t ng thu ho ch mùa màng và các lo i mu i có trong n c t i cho cây tr ng không đ c h p th h t đ u gây ô nhi m cho đ t. Các tác nhân gây ô nhi m không khí khi l ng đ ng, các ch t phân h y t các bãi rác lan truy n vào đ t đ u là nh ng tác nhân hóa h c gây ô nhi m đ t. Thu c tr sâu là tác nhân s m t gây ô nhi m đ t. ã có h n 1.000 hóa ch t là thu c tr sâu mà DDT là ph bi n nh t t tr c đ n nay. DDT là ch t khó phân h y trong n c và t o ra nh ng d l ng đáng k trong đ t sau đó đi vào chu tr.nh đ t - cây - đ ng v t - ng i. t b ô nhi m tr c tiên s gây tác h i đ n h sinh v t s ng trong đ t, các đ ng v t và th c v t s ng trên đ t. t thi u sinh v t tr nên môi tr ng tr , không th s d ng vào s n xu t nông nghi p đ c n a. Ô nhi m đ t do tác nhân v t lý g m có ô nhi m nhi t và phóng x . Ô nhi m nhi t ch y u t các quá trình s n xu t công nghi p và th ng mang tính c c b nh t ngu n n c th i công nghi p, khí th i,... Ngoài ra có các ngu n ô nhi m t t nhiên. Nhi t đ trong đ t t ng s nh h ng đ n ho t đ ng c a vi sinh v t do làm gi m l ng oxy và s phân h y di n ra theo ki u k khí v i nhi u s n ph m trung gian gây đ c cho cây tr ng nh NH3, H2S, CH4... đ ng th i làm chai c ng và m t ch t dinh d ng. Các ho t đ ng cháy r ng, đ t n ng làm r y c ng là ngu n gây ô nhi m nhi t. Ngu n ô nhi m do phóng x là các ch t ph th i c a các c s khai thác, nghiên c u và s d ng các ch t phóng x . Các ch t phóng x đi vào đ t, t đ t vào cây tr ng sau đó có th đi vào ng i.

Suy thoái và ô nhi m đ t s d n đ n gi m n ng su t cây tr ng, v t nuôi, làm nghèo th m th c v t, suy gi m đa d ng sinh h c. ng th i chúng có tác đ ng ng c l i càng làm cho quá trình xói mòn, thoái hóa đ t di n ra nhanh h n. S tích t các ch t đ c h i, các kim lo i n ng trong đ t s làm t ng kh n ng h p th các nguyên t có h i trong cây tr ng, v t nuôi và gián ti p gây nh h ng x u t i s c kh e con ng i.

Do s d ng nhi u hóa ch t trong nông nghi p, hi n nay tình hình ng đ c th c ph m do các hóa ch t đ c, trong đó có thu c b o v th c v t di n ra ph c t p và có chi u h ng gia t ng. Theo th ng kê c a C c An toàn v sinh th c ph m, n m 2004 có 145 v ng đ c (trong đó th c ph m đ c chi m 23%, hóa ch t 13%) v i 3.580 ng i m c, có 41 ng i t vong.

8

1.1.3. S nóng d n lên c a Trái đ t 1.1.3.1. C ch nóng lên toàn c u Qua nhi u n m nghiên c u, các nhà khoa h c đã làm sáng t đ c nguyên nhân c a hi n t ng nóng lên toàn c u. Ánh sáng m t tr i chi u xu ng Trái đ t làm cho khí quy n và m t đ t m lên. Trong khí quy n có ch a m t s khí đ c g i là “khí nhà kính” nh CO2, CH4 và h i n c có kh n ng h p th m t ph n tia h ng ngo i làm cho l p d i c a khí quy n và m t đ t m lên. C ch gi nhi t này đã t o cho nhi t đ c a khí quy n Trái đ t phù h p v i m i sinh v t sinh s ng trên hành tinh này. Nh ng khi n ng đ khí nhà kính t ng quá cao, tia h ng ngo i b l u gi quá nhi u làm cho nhi t đ khí quy n, m t đ t và đ i d ng t ng lên do đó nhi t đ trung bình c a Trái đ t nóng lên.

1.1.3.2. Ngu n phát th i khí nhà kính Hi n t ng t ng n ng đ khí CO2 trong khí quy n đã đ c các nhà khoa h c nghiên c u t lâu. áng ghi nh nh t là nhà khí t ng h c ng i M Charles D. Keeling và đ ng nghi p, làm vi c t i tr m khí t ng Mauna Loa Haoai, đã kiên nh n hàng ngày t n m 1957 đ n nay l y m u không khí đ phân tích CO2 trong khí quy n và đ t đ c k t qu b t ng , r t quan tr ng là: n ng đ khí CO2 trong khí quy n t ng đ u đ n t n m này đ n n m khác, đ đi đ n k t lu n s t ng n ng đ khí CO2 (khí nhà kính) trong khí quy n là nguyên nhân chính gây nên hi n t ng nóng lên toàn c u. Theo k t qu nghiên c u c a Keeling thì trong 50 n m qua, n ng đ CO2 trong khí quy n đã t ng kho ng 20%. Báo cáo l n th t c a IPCC n m 2007 đã c nh báo r ng, “r t nhi u kh n ng” là n ng đ CO2 trong khí quy n t ng lên là do các ho t đ ng c a con ng i, khác v i báo cáo l n th ba n m 2001 là “có kh n ng”. C ng theo báo cáo l n th t c a IPCC, nhi t đ trung bình toàn c u đã t ng 0,7oC so v i tr c kia. Do nóng lên toàn c u, dù ch m i t ng 0,7oC mà trong nh ng n m qua, thiên tai nh bão t , l l t, h n hán, n ng nóng b t th ng, cháy r ng... đã x y ra t i nhi u vùng trên th gi i, gây thi t h i vô cùng n ng n cho nhi u n c, nh ng đâu, nh ng ng i nghèo và n c nghèo c ng ph i ch u đau kh nhi u nh t. Tr n bão Nargis đ u tháng 5 n m 2008 Myanma, v i t c đ gió h n 200 km/gi , đã phá h y nhi u vùng r ng l n, h n 130.000 ng i ch t và m t tích đ t n c này là m t ví d .

S t ng nhi t đ Trái đ t quan sát đ c trong 50 n m qua là m t b ng ch ng m i l , đ c kh ng đ nh là do nh h ng c a các ho t đ ng c a con ng i và các hi n t ng b t th ng v khí h u t ng d n v t n s , c ng đ và th i gian, nh s ngày nóng s nhi u h n, nhi u đ t n ng nóng h n, các đ t m a to s nhi u h n, s ngày l nh s ít h n trong nh ng n m s p t i, bão t cùng ngày càng d d i h n. M c đ thay đ i khí h u c ng s tùy thu c vào t ng vùng khác nhau, tuy nhiên, t t c các vùng trên th gi i đ u có th b tác đ ng nhi u hay ít, nh ng h u qu l n nh t s là các vùng nhi t đ i, nh t là t i các n c đang phát tri n công nghi p nhanh châu Á (Crutzen, 2005).

Ngu n phát th i khí nhà kính chính t các nhà máy s n xu t công nghi p, các ph ng ti n giao thông và các ho t đ ng s ng c a con ng i. Khí SO2 là ch t có n ng đ th p trong khí quy n, t p trung ch y u t ng đ i l u sinh ra do núi l a phun, đ t nhiên li u than, d u, khí đ t, sinh kh i th c v t, qu ng sunfua, ....SO2 r t đ c h i đ i v i s c kho c a ng i và sinh v t, gây ra các b nh v ph i, là m t trong nh ng nguyên nhân gây ra hi n t ng m a axit. Khí CO đ c hình thành do vi c đ t cháy không h t nhiên li u t các đ ng c nh xe máy, ô tô, máy bay. Hàng n m trên toàn c u phát th i kho ng 600 tri u t n khí CO. CO không đ c v i th c v t vì cây xanh có th chuy n hoá CO thành CO2 s d ng trong quá trình quang h p. Vì v y, th m th c v t đ c xem là tác nhân t nhiên có tác d ng làm gi m ô nhi m khí CO. Con ng i có th s b t vong n u n ng đ khí CO trong không

9

khí kho ng 250 ppm. Khí Clorofluorocacbon (vi t t t là CFC) là nh ng hoá ch t do con ng i t ng h p đ s d ng trong nhi u ngành công nghi p nh nhi t l nh, cách đi n, dung môi, h n h p đ y trong bình x t. CFC11 ho c CFCl3 ho c CFCl2 ho c CF2Cl2 (còn g i là Freon 12 ho c F12), CCl4 và CF4 là nh ng ch t thông d ng c a CFC có ý ngh a kinh t cao, đ c s n xu t và s d ng t ng lên r t nhanh trong hai th p k v a qua. Các CFC có tính n đ nh cao và không b phân hu . Khi CFC đ t t i th ng t ng khí quy n s đ c các tia c c tím phân hu thành các ion Clo t do. Các ion Clo này ph n ng v i ozon đ t o thành khí oxy làm cho t ng ozon b m ng d n và b phá h y. i u này làm cho các tia c c tím trong b c x M t tr i có th chi u tr c ti p xu ng Trái đ t. Khí N2O đ c sinh ra trong quá trình đ t các nhiên li u hoá th ch ho c là k t qu c a quá trình nitrat hoá các lo i phân bón h u c và vô c . Hi n nay hàm l ng c a nó đang t ng d n trên ph m vi toàn c u, hàng n m kho ng t 0,2 - 0,3%. Khí CH4 là thành ph n chính c a khí t nhiên, khí d u m , khí đ m ao, đ m l y. CH4 đ c dùng làm khí đ t và sinh ra t các quá trình sinh h c nh men hoá đ ng ru t c a đ ng v t có gu c, c u và nh ng đ ng v t khác, s phân gi i k khí đ t ng p n c, ru ng lúa, cháy r ng và đ t nhiên li u hoá th ch. Ch n nuôi gia súc nhai l i hàng n m đã phát th i m t l ng khí methane b ng m t ph n ba l ng khí CH4 toàn c u.. CH4 thúc đ y s ôxy hoá h i n c t ng bình l u. S gia t ng h i n c gây hi u ng nhà kính m nh h n nhi u so v i hi u ng tr c ti p c a CH4. Khí CH4 chi m 14% t ng l ng phát th i khí gây hi u ng nhà kính.

Nguyên nhân chính c a hi n t ng nóng lên toàn c u là do s gia t ng n ng đ các khí nhà kính trong khí quy n trong đó 55% là t công nghi p (riêng Hoa K chi m 25% t ng l ng phát th i). Ngoài ra còn do suy gi m di n tích r ng vì khai thác quá m c. Vi c phá r ng gây ra tác đ ng kép v a th i vào khí quy n 1 l ng l n khí CO2 v a m t đi ngu n h p th CO2 do quang h p. đ i phó v i tình tr ng trên, n m 1988 U ban liên chính ph v thay đ i khí h u (IPCC: Inter-governmental Panel on Climate Change) đ c thành l p.

N m 1992, 167 n c phê chu n Công c khung v bi n đ i khí h u t i H i ngh th ng đ nh c a Liên H p Qu c Rio de Janeiro. N m 1997, H i ngh v thay đ i khí h u toàn c u Nh t đã cho ra đ i Ngh đ nh th Kyoto. Theo đó, t 2008 đ n 2010, 39 qu c gia công nghi p ph i c t gi m phát th i 6 khí nhà kính xu ng d i 5,2% m c phát th i n m 1990. Ngh đ nh th ch có hi u l c khi đ c phê chu n b i 55% s qu c gia phát th i ít nh t 55% khí nhà kính. Tuy nhiên, sau các H i ngh v Công c khung c a Liên Hi p Qu c v bi n đ i khí h u t i Hague (10/2000), Born (7/2001) v n ch a đ t đ c tho thu n đ Ngh đ nh th chính th c có hi u l c. T i H i ngh Marrakech (10/2001), 38 qu c gia công nghi p (tr Hoa K ) đã đ ng ý phê chu n Ngh đ nh th .

1.1.3.3. Tác đ ng c a khí h u nóng lên toàn c u Theo d báo c a các nhà khoa h c, n u không có bi n pháp h u hi u đ gi m b t khí th i nhà kính, nhi t đ m t đ t s t ng thêm t 1,8oC - 6,4oC vào n m 2100, l ng m a s t ng lên 5 - 10%, b ng hai c c và các núi cao s tan nhi u h n, nhanh h n, nhi t đ n c bi n m lên, m c n c bi n s dâng lên kho ng 70 - 100 cm hay h n n a. Nhi u bi n đ i b t th ng v khí h u, thiên tai s di n ra khó l ng tr c đ c c v t n s và m c đ .

Hi n t ng b ng tan hai c c không ph i là d đoán mà đã tr thành s th t hi n nhiên.

Theo hình nh v tinh do NASA ti t l (đ u n m 2008) đã cho th y s suy gi m đáng s v kh i b ng bi n v nh c u – lo i b ng dày nh t và c nh t B c C c –và d ki n không lâu n a B c C c s h t s ch b ng. C quan Hàng không V tr Nh t B n (JAXA) c ng cho bi t là mùa hè n m 2008, di n tích b ng B c C c gi m xu ng m c th p nh t k t khi các nhà khoa h c Nh t B n ti n hành quan sát B c C c t v tr (n m 1978). Trung tâm d li u qu c gia v tuy t và b ng c a M ngày 25/3/2008 cho bi t do nh h ng c a tình tr ng

10

Trái đ t m lên, m t kh i b ng h n 400 km2 đã tách kh i kh i núi b ng Wilkin Nam C c.

Theo báo cáo l n th t c a IPCC, n u nhi t đ t ng lên 2oC s có thêm kho ng 100 tri u ng i n a b thi u n c ng t, 30% s loài trong các h sinh thái s g p ph i nguy c tuy t ch ng cao, s n xu t l ng th c s gi m sút t i các vùng th p, s tàn phá do bão t và l t l i s t ng lên t i các vùng b bi n và s có nhi u ng i b nhi m b nh. M c n c bi n s dâng cao h n gây ng p úng nh ng vùng đ t th p ven bi n. i u đó đã x y ra t i m t vài đ o qu c nh Tuvala và Maldives.

Báo cáo c a Ngân hàng Phát tri n Châu Á (ADB) n m 2010 c nh báo các n c châu Á – Thái Bình D ng c n chu n b đ i phó v i làn sóng di c t ng nhanh do bi n đ i khí h u trong nh ng n m s p t i, nh t là các thành ph ven bi n châu Á. Các đi m nóng v di c do bi n đ i khí h u này đang đ ng tr c các s c ép l n t dân s t ng đ t bi n do dân c nông thôn đ v các thành ph đ tìm ki m cu c s ng m i t t h n. S c ép này càng ph c t p h n do s l ng đông đ o các n n nhân b tác đ ng c a các th m h a thiên nhiên.

Báo cáo c a ADB l u ý r ng, các n c châu Á – Thái Bình D ng không ch t p trung gi i quy t tình tr ng di c và t n n khí h u, mà còn c n kh n c p phát tri n các chính sách và các c ch đ i phó v i s gia t ng dân s . Nhi t đ trung bình c a Trái đ t hi n nay nóng h n g n 4oC so v i nhi t đ trong k b ng hà g n nh t, kho ng 13.000 n m tr c. Tuy nhiên trong 100 n m qua, nhi t đ trung bình b m t Trái t t ng 0,6 - 0,7oC và d báo s t ng 1,4 - 5,8oC trong 100 n m t i (Báo cáo c a IPCC, 2/2001). M c t ng này không nhi u nh ng là r t l n so v i m t giai đo n t ng đ i ng n. Tr c đây, s thay đ i v khí h u là nh ng hi n t ng t nhiên và quá trình bi n đ i đó kéo dài hàng ngàn n m, do đó các loài sinh v t có đ th i gian đ thích nghi. S thay đ i nhi t đ trong m t th i gian ng n d d n đ n n n hu di t các sinh v t trên di n r ng.

M t trong nh ng h q a t t y u c a s gia t ng nhi t đ c a trái đ t là s gia t ng m c n c bi n. Theo nguyên t c giãn n do nhi t, nhi t đ trái đ t gia t ng s làm n c bi n giãn n gây ra vi c n c bi n dâng cao. Ngoài ra, nhi t đ t ng lên s làm b ng hai vùng c c tan ch y gây nên l t l i và góp ph n gia t ng m c n c bi n. Ng i ta c tính n u 1/6 l ng b ng Nam C c tan ra thì m c n c bi n s t ng thêm 1 mét, lúc đó 30% đ t đai tr ng tr t trên hành tinh chúng ta và nhi u thành ph trên th gi i New York, B ng C c, London s b bi n thành đ m l y. S dâng cao m c n c bi n c ng s làm t ng s nhi m m n c a các vùng đ t n m sâu trong n i đ a, làm nh h ng đ n các h sinh thái và làm cho san hô ch t hàng lo t.

Các nhà khoa h c cho bi t r ng s nóng d n lên c a trái đ t không ph i là nguyên nhân chính c a hi n t ng El Nino nh ng làm cho El Nino thêm ph n kh c li t và s xu t hi n c a nó th ng xuyên h n. Hi n t ng El Nino x y ra m nh trong n m 1997 - 1998 d n đ n nhi u thay đ i khí h u b t th ng nh m a nhi u đông Thái Bình D ng, khô h n Tây Thái Bình D ng. H u qu là nhi u v cháy r ng x y ra Indonesia (8/1997), h n hán Châu Phi và Trung M (7 - 9/1997). Theo WWF n m 1997 là n m th m ho cháy r ng - m t nguy c nguy hi m h n n n phá r ng nhi t đ i. n c ta, l l t và h n hán c ng đang là m t hi n t ng b t th ng v th i ti t trong nh ng n m g n đây do nh h ng c a El Nino. C n bão s 5 (Typhoon Lynda) kh ng khi p tràn vào Cà Mau n m 1998 đã gi t h i trên 600 ng i, làm m t tích kho ng 2000 ng i trên bi n và gây nhi u thi t h i n ng n khác v ng i và tài s n. Sau đó là l t l i mi n Trung c p đi sinh m ng hàng tr m ng i.

11

1.1.4. S suy gi m t ng ozon L th ng ozon đ c phát hi n t n m 1985 Nam c c. n n m 1989, các nhà khoa h c c ng kh ng đ nh kh n ng h y ho i trên qui mô l n t ng ozon B c c c và trên các vùng có m t đ dân s cao. S suy gi m nhanh t ng ozon có tác đ ng nghiêm tr ng lên ph n l n các d ng s ng c a hành tinh. Theo các nhà khoa h c, n u t ng ozon gi m 10% thì m c t ng tia c c tím đ n Trái đ t là 20%. B c x tia c c tím v i n ng đ cao có th làm thay đ i c u trúc gen theo h ng b t l i, gây thi t h i đ n mùa màng, gi t h i các đ ng th c v t phù du bi n làm phá v chu i th c n trong bi n và góp ph n gia t ng s nóng lên toàn c u b i s tác đ ng lên n ng l c h p th CO2 c a các sinh v t phù du trong đ i d ng. Tia c c tím c ng gây ung th da và đ c th y tinh th . Các ph n ng mi n d ch có th b gi m đ i v i các ng i ti p xúc nhi u v i b c x c c tím, các ch ng trình tiêm ch ng s tr nên kém hi u qu , các b nh lây nhi m tr nên ph bi n và nghiêm tr ng h n.

Ngoài ra, ch t l ng không khí s x u đi do vi c gia t ng b c x c c tím s kích thích các ph n ng hóa h c, gây ra s ng mù và m a axit làm cho hàng lo t v t li u nh ch t d o, cao su thoái hóa nhanh chóng.

Theo d báo, s suy gi m t ng ozon v n ti p t c trong th k t i. Hi n nay, các nhà khoa h c cho bi t l th ng ozon đang đ t di n tích l n nh t Nam c c. N m 1985, 21 qu c gia và C ng đ ng Châu Âu đã ký "Công c b o v t ng ozon" t i Vienne. N m 1987, Ngh đ nh th Montreal v vi c thay th ho c h n ch s d ng CFC trong k ngh l nh đ c phê chu n. N m 1990, v n b n London t ng c ng Ngh đ nh th v i m c tiêu ng ng s n xu t và tiêu th các CFC vào n m 2000. N m 1992, v n b n t ng c ng Copenhagen v i th i h n lo i tr CFC rút xu ng n m 1995 và đ a thêm m t s h p ch t vào danh sách ki m soát. Tuy nhiên, các CFC khó phân h y có th t n t i trong khí quy n 80 -180 n m nên tác d ng phân hu ozon v n ti p t c vài ch c n m sau khi ng ng th i.

1.1.5. M t mát đa d ng sinh h c 1.1.5.1.

a d ng sinh h c là tài nguyên vô giá

K t khi xu t hi n trên Trái đ t cách đây kho ng 4 t n m, các d ng s ng ti p t c phát tri n và ti n hóa không ng ng đ t o nên th gi i sinh v t r t đa d ng. Qua l ch s ti n hóa, các sinh v t đ n bào đã ti n hóa thành các sinh v t đa bào, r i t đó mà phát tri n thành các sinh v t khác nhau sinh s ng trên m t đ t. Con ng i c ng đã đ c sinh ra t quá trình sinh h c này và vì th mà chúng ta không th tách ra kh i m i liên h v i các sinh v t khác đang sinh s ng trên Trái đ t. a d ng sinh h c đ c phát tri n qua quá trình ti n hóa lâu dài hàng t n m. a d ng sinh h c đ c th hi n: -

a d ng sinh thái: có nhi u h sinh thái khác nhau đ đi u ki n khác nhau c a môi tr ng.

c hình thành tùy thu c và các

-

a d ng loài sinh v t: các loài khác nhau đ c hình thành và t n t i trong các vùng khác nhau và có môi tr ng s ng khác nhau.

-

a d ng trong m i loài: m i loài sinh v t có nhi u d ng khác nhau vì có ch a m t s gen khác nhau.

M t h sinh thái đ c hình thành và phát tri n là nh có đ c nh ng s cân b ng r t ph c t p trong h sinh thái đó. Ch c n ng c a m t h sinh thái ph thu c r t ch t ch vào s đa d ng c a các sinh v t sinh s ng trong h sinh thái đó và m i quan h h tr l n nhau gi a các loài đó đ chúng t n t i và phát tri n. S tiêu di t m t loài trong h sinh thái s làm cho s cân b ng b t n th ng và làm gi m giá tr c a h sinh thái. Trong cu c s ng

12

hàng ngày, chúng ta không nh n bi t đ c tính nghiêm tr ng c a s m t mát c a các loài, nh ng chúng ta c n ph i hi u đ c r ng t i sao s m t mát đó l i có tác đ ng nghiêm tr ng đ n thiên nhiên. Tr c kia, cu c s ng c a loài ng i ph thu c tr c ti p đ n thiên nhiên và các chu trình c a thiên nhiên. Loài ng i đã nh n đ c r t nhi u u đãi t thiên nhiên, t các sinh v t khác nhau, t môi tr ng s ng xung quanh và luôn tôn tr ng thiên nhiên.

Nh ng t khi th i đ i m i b t đ u, con ng i l i tàn phá thiên nhiên b ng các ho t đ ng c a mình mà chúng ta th ng g i là “đ phát tri n”. Chính s phát tri n này đã gây nên nhi u t n th t v môi tr ng t i t ng vùng và c th gi i.

S c kh e và h nh phúc c a con ng i tùy thu c vào các d ch v c a các h sinh thái, t c là t s đa d ng sinh h c. Thiên nhiên, các h sinh thái, nh có đa d ng sinh h c đã cung c p cho con ng i không nh ng l ng th c, th c ph m, các nguyên v t li u g , s i, thu c ch a b nh. Trong nh ng n m g n đây nh có hi u bi t v giá tr c a các gen và nh có nh ng ti n b v khoa h c và k thu t mà các nhà khoa h c đã t o ra nhi u thu c ch a b nh có giá tr , các s n ph m m i v l ng th c và n ng l ng (d ch v cung c p). a d ng sinh h c còn gi vai trò quan tr ng trong vi c làm s ch không khí và dòng n c, gi cho môi tr ng thiên nhiên trong lành, nh th s c kh e c a con ng i đ c c i thi n (d ch v đi u ch nh). a d ng sinh h c còn có vai trò quan tr ng là ngu n g c và nuôi d ng các phong t c t p quán đ a ph ng liên quan đ n các lo i l ng th c, th c ph m, thu c ch a b nh và v n hóa truy n th ng, đ c hình thành t nh ng u đãi c a thiên nhiên nh núi, r ng, sông, bi n c a t ng vùng (d ch v v n hóa). a d ng sinh h c còn góp ph n t o ra l p đ t màu, t o đ phì c a đ t đ ph c v s n xu t nông nghi p (d ch v h tr ). T t c các d ch v c a h sinh thái trên toàn th gi i đã đem l i l i ích cho con ng i v i giá tr c l ng kho ng 21-72 t đô la M /n m, so v i T ng s n ph m toàn c u n m 2008 là 58 t đô la M (UNEP, 2010).

1.1.5.2. M t mát đa d ng sinh h c T khi cu c s ng trên Trái đ t ph n th nh, hành tinh c a chúng ta có s l ng loài h t s c đa d ng. Vào kho ng 250 tri u n m tr c đây, trên Trái đ t c tính ch có kho ng 250.000 loài sinh v t, nh ng t khi các sinh v t chuy n đ c t môi tr ng bi n c lên môi tr ng đ t li n, thì s loài t ng lên r t nhanh và hi n nay đã có ít nh t kho ng vài ba tri u loài đang sinh s ng trên Trái đ t. Trong l ch s phát tri n c a Trái đ t, đã t ng x y ra 5 l n m t mát l n các loài. Có th nói r ng nhi u loài đã b tuy t ch ng do các tai bi n t nhiên nh s va ch m m nh gi a thiên th ch và Trái đ t, hay do các bi n đ i, di chuy n c a các đ a t ng c a v Trái đ t. M c d u có nh ng tai bi n l n, nh ng sau khi môi tr ng đ c h i ph c, đ m b o đ c s s ng, thì các loài sinh v t l i phát tri n m t cách m nh m và t o nên s đa d ng sinh h c có đ c nh ngày nay. Sau l n tuy t ch ng l n th n m, cách đây kho ng 65 tri u n m – tuy t ch ng các loài kh ng long – ngày nay các sinh v t trên Trái đ t l i đang tr i qua m t th i k tuy t ch ng l n l n th sáu. Các nhà khoa h c đã ch ng minh đ c r ng s m t mát l n này có t c đ nhanh h n r t nhi u so v i các l n tr c. Có bao nhiêu loài đã b tuy t ch ng trong nh ng n m qua? Theo nghiên c u c a các nhà khoa h c thì c tính đã có kho ng 40% s loài đã m t đi trong kho ng t 1970 đ n 2000. Riêng các loài n c ng t đã m t đi kho ng 50%. Th thì có bao nhiêu loài hi n đang t n t i có nguy c b tuy t ch ng? Con ng i đã bi t đ c có kho ng 1,6 tri u loài sinh v t hi n đang s ng trên Trái đ t. H u h t các loài đ ng v t có x ng s ng đã đ c bi t, s loài ch a bi t đ n ph n l n thu c v nhóm đ ng v t không x ng s ng. Trong s 1,6 tri u loài đã bi t, IUCN đã nghiên c u k kho ng 45.000 loài và đã đ a ra k t lu n là có kho ng 45% các loài đang có nguy c b tiêu di t (ASAHI, 2010). ây là l n đ u tiên trong th i đ i hi n đ i, k t l n m t mát hàng lo t các loài kh ng long cách đây kho ng 65

13

tri u n m, các loài đang b tiêu di t m t cách nhanh chóng v i t c đ ch a t ng x y ra tr c đây. i v i các loài chim, thú và ch nhái, đã có kho ng 100 loài b m t đi trong vòng 100 n m qua, m i n m m t m t loài, nh v y là v i t c đ g p t 50-500 l n so v i m c tiêu di t loài m t cách t nhiên tr c đây. N u tính c nh ng loài mà chúng ta ch a bi t (trong đó ph n l n là các loài côn trùng), thì t c đ m t các loài nhanh g p 1.000 l n so v i m c bình th ng trong thiên nhiên, và nh v y là hàng n m có th m t đi vài ch c nghìn loài.

M t đa d ng sinh h c ngày nay đang di n ra m t cách nhanh chóng ch a t ng có, c tính g p kho ng 100 l n so v i t c đ m t các loài trong l ch s Trái đ t và trong nh ng th p k s p t i m c đ bi n m t c a các loài s g p 1.000-10.000 l n (MA, 2005). Có kho ng 10% các loài đó th gi i c n ph i có nh ng bi n pháp b o v , trong đó có kho ng 16.000 loài đ c xem là đang có nguy c b tiêu di t. Tình tr ng nguy c p c a các loài không phân b đ u gi a các vùng trên th gi i, các vùng r ng m nhi t đ i có s loài nguy c p nhi u nh t, trong đó có n c ta, r i đ n các vùng r ng khô nhi t đ i, vùng đ ng c mi n núi. Ngh khai thác th y s n b suy thoái nghiêm tr ng và có đ n 75% ng tr ng trên th gi i đã b khai thác c n ki t hay khai thác quá m c (UNEP, 2007).

1.1.5.3. H u qu m t đa d ng sinh h c Theo báo cáo t m th i “Kinh t c a h sinh thái và đa d ng sinh h c” do nhóm TEEB trình bày t i H i ngh l n th chín c a Công c a d ng Sinh h c (COP9) t ch c n m 2008, thì t n th t v kinh t gây ra do m t đa d ng sinh h c có th đ t đ n 6% GDP toàn th gi i vào n m 2050 n u không có bi n pháp ng n c n h u hi u. V i s t n th t v đa d ng sinh h c m c đ toàn c u nh hi n nay, vi c cung c p s n ph m các lo i (s n ph m nông nghi p và các lo i s n ph m khác), các d ch v sinh thái (l c n c và không khí, ki m soát bi n đ i khí h u và thiên tai, không gian phù h p cho du l ch, vui ch i) s g p nhi u khó kh n so v i nh ng gì mà chúng ta đang đ c h ng nh hi n nay. H n th n a, các h sinh thái có th s b thay đ i, d n đ n đ o l n và s p đ . Ví d nh , n u nh m t s n ph m nông nghi p ch tùy thu c vào m t lo i gi ng cây tr ng nào đó, mà gi ng đó l i b thi t h i n ng do d ch b nh hay s phá ho i c a côn trùng ch ng h n, thì c ng đ ng dân c s ng d a chính vào lo i s n ph m đó s g p ph i nhi u đi u khó kh n. N u có nhi u loài khác nhau, thì h th ng thiên nhiên có th ch ng đ đ c m t cách d dàng v i nh ng y u t thay đ i đ t xu t c a môi tr ng.

S s p đ h sinh thái và m t đa d ng sinh h c s gây nên m t s tác đ ng nghiêm tr ng lên ng i dân sinh s ng tùy thu c tr c ti p vào các d nh v c a h sinh thái quanh h .

Ví d nh , nhóm dân c sinh s ng trong m t vùng có thiên nhiên phong phú t i các n c đang phát tri n, h có đ y đ n c cho sinh ho t, có đ th c n, c i đ t và các v t d ng khác c n thi t có th khai thác đ c t r ng quanh đó. N u nh h sinh thái b phá h y, h s m t h t ngu n cung c p các th c n thi t cho cu c s ng hàng ngày, và n u nh vùng s ng c a h ch a phát tri n v kinh t , h không th mua đ c các th c n thi t nh n c u ng, l ng th c và các s n ph m khác. Nh v y, s suy thoái đa d ng sinh h c và h sinh thái s gây nên nhi u khó kh n trong cu c s ng, nh t là đ i v i nh ng ng i nghèo kh , nh ng vùng nghèo, hay vùng sâu, vùng xa. Vì th cho nên, vi c b o t n đa d ng sinh h c là h t s c quan trong trong công cu c xóa đói gi m nghèo mà chúng ta đang đeo đu i trong s phát tri n xã h i n c ta.

1.1.6. S ô nhi m đ i d

ng và bi n

M t ngh ch lý c a v n minh nhân lo i là xem đ i d ng là n i cung c p ngu n th c ph m vô giá cho con ng i và là m t b kh ng l h p th cacbon trong không khí nh là

14

nh ng bãi ch a rác không đáy đ đ b các ch t th i k c các ch t th i đ c h i ch a nhi u kim lo i n ng. Có 6 nguy c chính đe do môi tr ng đ i d ng và bi n: -

Gia t ng ho t đ ng v n t i bi n, d n đ n t ng l t các tàu và khu v c c ng bi n.

-

th i tr c ti p xu ng bi n ngày càng gia t ng m c dù Công c Luân th i xu ng bi n (1972) đã đi u ch nh v n đ có qui mô toàn c u này.

-

Dòng ch y mang ch t th i và phát th i ô nhi m t đ t li n là nguyên nhân gây ra h n 70% ô nhi m trong bi n và đ i d ng, đ c bi t là các ch t ô nhi m có ngu n g c h u c b n v ng do s d ng hóa ch t trong nông nghi p đã tác đ ng đ n môi tr ng và các h sinh thái bi n và ven bi n.

-

Khai thác khoáng s n d i đáy bi n nh d u khí ngoài kh i, các ngu n khoáng s n bi n (cát s i, kim lo i, ph t phát..) đang ngày càng gia t ng.

-

S phát tri n t p trung c a vùng ven b v i h n 60% dân s th gi i s ng trong vùng ven b bi n nh ng siêu đô th công nghi p ngày càng de d a môi tr ng bi n.

-

Ô nhi m không khí c ng có tác đ ng m nh m t i ô nhi m bi n. N ng đ CO2 cao trong không khí s làm cho l ng CO2 hoà tan trong n c bi n t ng. Nhi u ch t đ c h i và b i kim lo i n ng đ c không khí mang ra bi n

ng d u th i, s c tràn d u, ch t th i ôn v đ

đ i phó v i s ô nhi m ngày càng gia t ng c a bi n và đ i d ng, đã có m t s công c qu c t nh Công c v phòng ng a ô nhi m bi n do đ ch t th i và các ch t khác (1972), Công c c a Liên h p qu c v Lu t bi n (1982), Công c MARPOL (1989) v ng n ng a ô nhi m do tàu bi n, Công c qu c t v vi c s n sàng ng phó và h p tác qu c t ch ng ô nhi m d u (1990).

1.1.7. S hoang m c hóa Hoang m c hoá là quá trình suy thoái đ t do nh ng thay đ i v khí h u và do tác đ ng c a con ng i. Hoang m c hoá đ c bi t tác đ ng m nh đ i v i các vùng đ t khô h n mà v m t sinh thái đã b suy y u. Hoang m c hoá gây ra s suy gi m v s n xu t l ng th c, s nghèo đói. Hi n nay có t i 70% t ng s các vùng đ t khô h n c a th gi i (3,6 t ha) b nh h ng do suy thoái. ng n ch n n n hoang m c hoá, vi c s d ng đ t bao g m c v n đ tr ng tr t và ch n th ph i đ c ti n hành m t cách đúng đ n v m t môi tr ng.

M t trong nh ng công c ch ng hoang m c hoá hi n nay là vi c tr ng cây đ có th gi n c và duy trì ch t l ng đ t. Nghèo đói là nhân t chính đ y m nh t c đ c a s suy thoái đ t và hoang m c hoá.

1.1.8. Nhiên li u hóa th ch đang c n ki t Nhiên li u hóa th ch (NLHT) đ c hình thành t quá trình phân h y k khí c a xác các sinh v t, bao g m th c v t phù du và đ ng v t phù du l ng đ ng xu ng đáy bi n (h ) v i s l ng l n trong các đi u ki n thi u ôxy, cách đây hàng tri u n m. Tr i qua th i gian đ a ch t, các h p ch t h u c này tr n v i bùn và b chôn vùi bên d i các l p tr m tích n ng. Trong đi u ki n nhi t đ và áp su t cao làm cho các v t ch t h u c b bi n đ i hóa h c, đ u tiên là t o ra kerogen d ng sáp. Chúng đ c tìm th y trong các đá phi n sét d u và sau đó khi b nung nhi t cao h n s t o ra hydrocacbon l ng và khí b i quá trình phát sinh ng c. Ng c l i, th c v t đ t li n có xu h ng t o thành than. M t vài m than đ c xác đ nh là có niên đ i vào k Ph n tr ng.

15

C quan thông tin n ng l ng Hoa K (EIA) c tính n m 2006 r ng ngu n n ng l ng nguyên th y chi m 86% nhiên li u nguyên th y s n xu t trên th gi i bao g m 36,8% d u m , 26,6% than và 22,9% khí thiên nhiên. Các ngu n nhiên li u không hóa th ch bao g m th y đi n 6,3%, n ng l ng h t nhân 6,0%, và n ng l ng đ a nhi t, n ng l ng m t tr i, n ng l ng gió, nhiên li u g , tái ch ch t th i chi m 0,9%. Tiêu th n ng l ng trên th gi i t ng m i n m kho ng 2,3%. Các nhiên li u hóa th ch là tài nguyên không tái t o b i vì Trái đ t m t hàng tri u n m đ t o ra chúng và l ng tiêu th đang di n ra nhanh h n t c đ đ c t o thành. Vi c đ t nhiên li u hóa th ch t o ra kho ng 21,3 t t n CO2 hàng n m làm t ng hàm l ng CO2 lên 10,65 t t n m i n m trong khí quy n (m t t n cacbon t ng đ ng 44/12 hay 3,7 t n CO2).

Con ng i đã đ t đ c b c ti n r t l n trong quá trình phát tri n b ng cu c Cách m ng công nghi p nh s tiêu th l n các ngu n NLHT. Vào th k XVIII, s phát minh máy h i n c đã thúc đ y Cách m ng Công nghi p và than đá đã tr thành lo i ch t đ t chi m u th trong th i k này. Ti p theo, cu i th k th XIX, đ ng c đ t trong (đ ng c ch y b ng x ng, d u) đ c phát minh và ôtô d n d n đ c s d ng r ng rãi. Sau đó, vi c phát minh máy bay đã đánh d u b c nh y v t v k thu t giao thông, v n t i. Vào th k XX, con ng i b t đ u tiêu th d u m v i m c đ c c l n cho phát tri n công nghi p s n xu t, v n t i và giao thông đ ng th i t ng cao phát th i các khí đ c h i cho môi tr ng.

Hoa K chi m ¼ dân s th gi i nh ng th i ra 30% l ng CO2 c a toàn th gi i. Hoa K là n c tiêu th d u m hàng ngày nhi u nh t, chi m kho ng 1/4 l ng đ u m tiêu th hàng ngày trên th gi i. c l ng ngu n d tr d u m trên th gi i ch còn s d ng đ c trong vòng 40 n m n a, d tr khí t nhiên đ c 60 n m và than đá kho ng 120 n m. N u con ng i v n b l thu c vào NLHT thì không th đáp ng đ c nhu c u n ng l ng ngày càng cao và s ph i đ i đ u v i s c n ki t nhanh chóng ngu n tài nguyên thiên nhiên này trong th i gian t i.

Trung Qu c có ngu n than đá và khí đ t thiên nhiên d i dào đang t ng s c tiêu th ngu n n ng l ng này m t cách nhanh chóng. Trung Qu c tiêu th hàng đ u này t 961 tri u t n (t ng đ ng d u m ) vào n m 1997 lên 1.863 tri u t n vào n m 2007 (t ng g n g p đôi trong kho ng 10 n m). Nh v y l ng CO2 th i ra c ng t ng lên b ng g n 1/2 l ng th i c a M n m 2000. Hi n nay, Trung Qu c đã tr thành n c th i l ng khí CO2 l n nh t trên th gi i, v t qua c M n m 2007. Ngành công nghi p Trung Qu c tiêu th kho ng 70% n ng l ng s d ng c n c. Trung Qu c đã khuy n khích các công ty n c ngoài kinh doanh t i n c mình v i giá lao đ ng và đ t th p làm cho Trung Qu c phát tri n thành m t “nhà máy th gi i” đ phát tri n s n ph m công nghi p c a mình và tiêu th l ng NLHT kh ng l . Nói m t cách khác, khi các n c nh p các s n ph m giá th p t Trung Qu c là đã cho Trung Qu c phát th i khí CO2 thay cho n c mình vì đã s d ng n ng l ng đ s n xu t các s n ph m đó.

S phát tri n kinh t b ng cách công nghi p hóa đã nâng cao đ c ch t l ng cu c s ng c a nhân dân Trung Qu c. N m 1980, Trung Qu c ch có kho ng 1,87 tri u ôtô, n m 2005, s l ng ôtô đã t ng lên 18 l n v i 32 tri u chi c và r i đây s còn t ng thêm n a. Vi c s d ng các d ng c ch y đi n trong gia đình đang gia t ng. các đô th vào n m 2000, ch có 30 máy đi u hòa nhi t đ cho 100 gia đình, đ n n m 2005 đã có đ n 80 máy, vì th mà nhu c u s d ng đi n trong mùa hè t ng lên nhanh chóng. Hi n nay, Trung Qu c đã có trình đ t ng đ ng v i Nh t B n trong th i k phát tri n kinh t vào nh ng n m 1950 đ n nh ng n m 1979. phát tri n kinh t , Trung Qu c đang theo đúng con

16

đ ng mà các n c đã phát tri n đã tr i qua tr c đây, là tiêu th nhi u n ng l ng và tài nguyên thiên nhiên. B ng cách nh v y, các n c đã phát tri n không th ép bu c Trung Qu c ph i quan tâm đ n v n đ c n ki t tài nguyên và nóng lên toàn c u. Tuy nhiên, n u các n c v n theo con đ ng tiêu th nhi u ch t đ t hóa th ch đ phát tri n kinh t nh các n c công nghi p hóa đã th c hi n tr c đây, thì cu c s ng trên Trái đ t không th b n v ng đ c. Hi n nay, l ng phát th i CO2 trên đ u ng i Trung Qu c ch b ng 1/5 l ng phát th i c a M và b ng 1/2 c a Nh t. N u Trung Qu c và n , v i s dân kh ng l , v n theo con đ ng tiêu th nhi u n ng l ng, thì ngu n tài nguyên ch t đ t d tr s s m c n ki t, chúng ta s lâm vào tình tr ng khó kh n v môi tr ng toàn th gi i, khó lòng có th h i ph c do b ô nhi m n ng và tình tr ng nóng lên toàn c u v n không th kh ng ch đ c. Châu Á đ c xem là vùng đang có xu th phát tri n kinh t nhanh trong nh ng n m g n đây, r i s tr thành vùng phát th i CO2 l n nh t trên th giói và là chìa khóa c a s thành công hay th t b i trong vi c ch ng l i s nóng lên toàn c u trong t ng lai. M t khác, các n c đã phát tri n c ng ph i xem xét l i m t cách c b n v vi c tiêu th nhi u tài nguyên, thói quen tiêu th tr c đây c a mình và ch u ph n trách nhi m chuy n giao công ngh và s d ng n ng l ng b n v ng. D a vào gi thi t đó, các n c đã phát tri n, các n c đang ti n vào th i k phát tri n kinh t và nh ng n c s phát tri n trong t ng lai ph i c ng tác v i nhau đ gi i quy t nh ng v n đ chung mà loài ng i đang ph i đ i đ u.

1.1.9. S v n chuy n xuyên biên gi i các ch t th i nguy h i các n c công nghi p phát tri n (Châu Âu, B c M ) do g p khó kh n v x lý ch t th i nguy h i trong n c (quy đ nh nghiêm ng t, chi phí cao, d lu n ph n đ i) nên đã "xu t kh u" ch t th i sang các n c đang phát tri n và các n c nghèo. Ví d nh : -

M t l ng l n ch t th i hoá h c ch a PCB và Dioxin t n đ ng c ng Klongtoy (Bangkok) n m 1985 ph n l n là c a các đ i lý ch hàng không Singapore, c, Nh t, M .

-

8/1986, 3.800 t n ch t th i hoá h c c a Châu Âu đ c đ vào phía Nam c ng Kaka trên sông Niger c a Nigeria v i giá 100 USD/t n trong khi đó chi phí cho vi c đ các ch t th i đó Châu Âu t 380 - 1.750 USD/t n.

-

10/1987, t i Venezuela, 11.000 thùng ch t th i hoá h c đ c chuy n tr l i cho Italia sau khi m t t p đoàn t nhân Italia tìm cách đ a chúng vào c ng Puero Cabello.

-

N m 2000, chính ph Campuchia bu c tái xu t m t lô hàng c p c ng Phnompenh v. phát hi n có ch a ch t th i công nghi p.

-

5/2003, t ch c Toxic Link c a n c nh báo r ng đ t n c này cho nh p quá nhi u rác th i hàng đi n t là các máy vi tính đã qua s d ng t M , Nh t, Hàn Qu c.

Trong máy tính có ch a 1 s kim lo i nh h ng đ n s c kho con ng i nh chì, cadimi, thu ngân, v.v...

Tr c nh ng nguy c các ch t th i nguy h i có khuynh h ng đ d n v các n c nghèo và các n c đang phát tri n, n m 1989, c ng đ ng qu c t đã thông qua Công c Basel Th y S v Ki m soát s v n chuy n và th i các ch t th i nguy hi m xuyên biên gi i. Vào tháng 5/2001, nhi u qu c gia đã ký Công c Stockholm v các ch t ô nhi m h u c b n v ng, ti n t i lo i b s n xu t, v n chuy n và s d ng 12 ch t h u c nguy hi m v i môi tr ng.

17

1.2.

Nguyên nhân c a các v n đ môi tr

ng toàn c u

Trong kho ng vài th p k qua đã n y sinh nhi u v n đ nh h ng đ n môi tr ng chung cho toàn c u và đòi h i t t c các n c và m i ng i và m i ng i dân trên Trái đ t cùng quan tâm gi i quy t. Ch ng tr.nh môi tr ng Liên Hi p Qu c (UNEP) đ. đ a ra th o lu n và thông qua m t ngh quy t (ngh quy t 42/186) d i tên g i "Vi n c nh môi tr ng đ n n m 2000 và sau đó". Ngh quy t đ. đ c p nh ng v n đ chính có nh h ng đ n môi tr ng toàn c u sau đây: 1.2.1. Bùng n dân s S đóng góp t i u c a các ngu n nhân l c đ đ t đ c s phát tri n b n v ng là ch a th c hi n đ c. Tuy v y s gia t ng dân s và s phân b dân s không đ u đang ti p t c đè n ng lên môi tr ng nhi u n c. Trong các y u t đó, s gia t ng dân s nhanh l i làm cho ng i dân càng nghèo thêm. M i quan h tiêu c c gi a dân s và môi tr ng có xu h ng t o ra các c ng th ng xã h i.

1.2.2. L

ng th c và nông nghi p

Do thi u l ng th c nhi u n toànvà đe d a cho môi tr ng. Các n lên r t nhanh và thêm vào đó là s l chính sách và thông l . Nh ng hu ho -

c đang phát tri n nên đ. t o ra t.nh tr ng thi u an l c nh m đáp ng các nhu c u l ng th c đã t ng là đ i v i các tác đ ng x u đ n môi tr ng c a các i cho môi tr ng g m:

Suy thoái và c n ki t d i h.nh th c m t đ t và m t r ng, h n hán và hoang m c hoá M t và suy thoái tài nguyên n c m t và n c ng m Gi m tính đa d ng di truy n và tài nguyên thu s n Hu ho i th m đáy bi n M n hoá, b i l p v c n c. Ô nhi m không khí, n c, đ t.

1.2.3. N ng l

ng

S m t cân b ng trong các mô h.nh tiêu th n ng l ng là quá l n. Các nhu c u thúc đ y m c t ng tr ng kinh t và gia t ng dân s đ. đ.i h i ph i phát tri n nhanh vi c s n xu t và tiêu th n ng l ng. V v n đ này hi n đang c.n nh ng t n t i là: c n ki t các ngu n cung c p n ng l ng, c i đun n u không đ , nh ng tác đ ng môi tr ng x u do s n xu t, chuy n hoá và s d ng n ng l ng hoá th ch nh vi c axit hoá môi tr ng, tích lu "khí nhà kính" và h u qu là làm thay đ i khí h u. M c dù n ng l ng là y u t quan tr ng cho quá tr.nh phát tri n kinh t x. h i nh ng c.n quá ít nh ng ho t đ ng mà chúng ta cùng nhau làm đ cân b ng nhu c u n ng l ng và b o v môi tr ng.

1.2.4. Công nghi p Phát tri n công nghi p th ng mang l i l i ích r. ràng nh ng phát tri n công nghi p c ng th ng đ l i h u qu cho môi tr ng, nh h ng đ n s c kho con ng i. Nh ng tác đ ng tiêu c c ch y u là s d ng l.ng phí, làm c n ki t các tài nguyên hi m, làm ô nhi m không khí, n c, đ t, gây m t v sinh, tích t các ch t th i đ c h i và tai bi n môi tr ng.

Các mô h.nh công nghi p hoá d n đ n m t cân b ng tài nguyên khai thác và ch t l ng môi tr ng. Do v y, tri n v ng phát tri n nhanh công nghi p trong đi u ki n b o v đ c môi tr ng là r t m ng manh, h n n a l i thi u hi u bi t v công ngh c ng nh h p tác qu c t .

18

1.2.5. S c kho và đ nh c M c dù đã thu đ c nh ng ti n b đáng k trong khi gi i quy t các v n đ v s c kho và đ nh c nh ng các n n t ng c s c a môi tr ng đ c i thi n l i đang b thoái hoá.

Thi u nhà và ti n nghi t i thi u, nông thôn kém phát tri n, thành ph quá đông ng i,đô th xu ng c p, ngu n n c cung c p cho sinh ho t thi u và kém ch t l ng, đi u ki n v sinh t i tàn, các đi u ki n môi tr ng suy thoái, b nh d ch ti p t c hoành hành, s c kho gi m, t l t vong t ng... Nghèo, suy dinh d ng và ngu d t là t ng h p c a nh ng v n đ này.

1.2.6. Quan h kinh t qu c t S b t bình đ ng trong quan h kinh t qu c t v i các chính sách kinh t không thích h p nhi u n c đ. phát tri n và đang phát tri n khi n các v n đ môi tr ng thêm tr m tr ng.

1.3.

S phát tri n b n v ng

Loài ng i đang ph i đ i m t v i th m h a c n ki t tài nguyên thiên nhiên, môi tr ng s ng b ô nhi m, nhi u b nh t t m i xu t hi n và phát tri n, thiên tai ngày càng n ng n . T t c nh ng th m h a đó và c nh ng hi n t ng b t th ng v th i ti t trong nh ng n m qua t i nhi u vùng trên th gi i đã gây tác h i vô cùng nghiêm tr ng có nguyên nhân chính là do các ho t đ ng c a con ng i.Tr c nh ng c nh báo v nguy c đ i v i s s ng trên trái đ t do chính bàn tay con ng i gây nên, n m 1972, H i ngh Liên h p qu c v môi tr ng t i Stockholm (Th y i n) đã đ c tri u t p. Khái ni m m i ra đ i, đó là “phát tri n tôn tr ng môi sinh” v i n i hàm là b o v môi tr ng, tôn tr ng môi sinh, qu n lý h u hi u tài nguyên thiên nhiên, th c hi n công b ng và n đ nh xã h i. Nh ng c nh báo khoa h c nghiêm túc đã làm cho các qu c gia d n t ng b c ý th c đ c m i liên h nhân qu gi a l i s ng c a loài ng i v i môi tr ng sinh thái, gi a phát tri n kinh t -xã h i v i b o t n tài nguyên thiên nhiên. u th p niên 80 c a th k XX, khái ni m phát tri n b n v ng xu t hi n. n n m 1987, U ban Th gi i v Môi tr ng và Phát tri n m i ti p thu và tri n khai trong B n phúc trình mang t a đ “T ng lai c a chúng ta”, trong đó đã đ a ra đ nh ngh a: “Phát tri n b n v ng là s phát tri n nh m th a mãn các nhu c u hi n t i nh ng không làm t n h i đ n kh n ng c a các th h t ng lai trong vi c đáp ng nhu c u c a chính h ”.

N m 1992, Liên h p qu c t ch c H i ngh th ng đ nh v Trái đ t t i Rio de Janeiro, Brazil. T i đây các qu c gia đã th a thu n m t ch ng trình ngh s v phát tri n b n v ng cho th k XXI (g i t t là Agenda 21), và c ng đã thông qua đ c Công c chung, theo đó vi n tr phát tri n chính th c (ODA) cho các n c nghèo thu c th gi i th ba c n ph i chi m ít nh t 0,7% t ng s n ph m qu c dân (GNP) c a các qu c gia công nghi p phát tri n. M i n m sau, n m 2002, Liên h p qu c l i t ch c H i ngh khác t i Johannesburg, Nam Phi, đã xác đ nh ph i xúc ti n và th c hi n Agenda 21 và đ ra các m c tiêu cho Thiên niên k . Trong phát tri n b n v ng mà hi n nay các qu c gia đ u theo đu i, có ba n i dung c b n là: -

B o đ m phát tri n kinh t nhanh, và duy trì t c đ

-

Môi tr

-

ng sinh thái đ

i s ng xã h i đ

c b o v m t cách t t nh t.

c b o đ m hài hòa.

y trong m t th i gian dài.

19

1.3.1. Phát tri n b n v ng và b o v môi tr

ng

Có th nói m i v n đ v môi tr ng đ b t ngu n t phát tri n. Nh ng con ng i c ng nh các sinh v t khác không th đình ch ti n hoá và ng ng phát tri n c a mình. ó là quy lu t s ng c a t o hoá mà v n v t đ u ph i tuân theo m t cách t giác hay không t giác. Con đ ng đ gi i quy t mâu thu n gi a môi tr ng và phát tri n là ph i ch p nh n phát tri n nh ng phát tri n không tác đ ng m t cách tiêu c c t i môi tr ng. Phát tri n đ ng nhiên s bi n đ i môi tr ng nh ng làm sao cho môi tr ng v n đ y đ các ch c n ng c b n c a nó. Hay nói m t cách khác, gi cân b ng gi a ho t đ ng b o v môi tr ng và phát tri n kinh t xã h i. Phát tri n b n v ng là s phát tri n nh m tho mãn các nhu c u hi n t i c a con ng i nh ng không t n h i t i s tho mãn các nhu c u c a th h t ng lai.

1.3.2. Các nguyên t c xây d ng xã h i b n v ng H i ngh Th ng đ nh v Môi tr ng và Phát tri n b n v ng t i Rio Janeiro (Braxin) tháng 6 n m 1992 đã đ a ra ý ki n th ng nh t c a 172 Qu c gia v s c n thi t ph i xây d ng m t xã h i b n v ng trên Trái đ t. ây là xã h i k t h p hài hoà gi a vi c phát tri n kinh t và b o v môi tr ng, m t xã h i có n n kinh t và môi tr ng b n v ng. xây d ng m t xã h i phát tri n b n v ng, các nhà môi tr

ng đã đ ra 9 nguyên

t c: -

Tôn tr ng và quan tâm đ n đ i s ng c ng đ ng: N n đ o đ c d a vào s tôn tr ng và quan tâm l n nhau và Trái đ t là n n t ng cho s s ng b n v ng. S phát tri n không đ c làm t n h i đ n l i ích c a các nhóm khác hay các th h mai sau, đ ng th i không đe d a đ n s t n t i c a nh ng loài khác.

-

C i thi n ch t l ng cu c s ng con ng i: M c tiêu c a phát tri n là c i thi n ch t l ng cu c s ng con ng i. M i dân t c có nh ng m c tiêu khác nhau trong s nghi p phát tri n, nh ng l i có m t s đi m th ng nh t. ó là m c tiêu xây d ng m t cu c s ng lành m nh, có m t n n giáo d c t t, có đ tài nguyên b o đ m cho cu c s ng không nh ng cho riêng m.nh mà cho c th h mai sau, có quy n t do bình đ ng, đ c b o đ m an toàn và không có b o l c, m i thành viên trong x. h i đ u mong có cu c s ng ngày càng t t h n.

-

B o v s c s ng và tính đa d ng trên Trái t: Phát tri n ph i d a vào b o v c u trúc, ch c n ng và tính đa d ng c a nh ng h t nhiên th gi i mà con ng i đang ph thu c. Do đó c n ph i b o v các h duy trì s s ng, b o v tính đa d ng sinh h c, b o đ m cho vi c s d ng b n v ng các tài nguyên tái t o.

-

Gi m đ n m c th p nh t s khánh ki t ngu n tài nguyên không tái t o. S khánh ki t ngu n tài nguyên không tái t o nh khoáng s n, d u khí và than ph i đ c gi m đ n m c th p nh t. “Tu i th ” c a nh ng tài nguyên không tái t o có th đ c t ng lên b ng cách tái ch .

-

Tôn tr ng kh n ng ch u đ ng c a trái đ t: S c ch u đ ng c a các h sinh thái c a trái đ t là r t có h n, m i khi b tác đ ng vào, các h sinh thái và sinh quy n khó có th tránh kh i nh ng suy thoái nguy hi m. S t ng dân s và tiêu th tài nguyên c n ph i đ c đ t trong m t gi i pháp t ng h p và hi n th c trong quy ho ch và chính sách phát tri n qu c gia.

-

Thay đ i thái đ và hành vi cá nhân thông qua đào t o và giáo d c.

20

-

Giúp cho các c ng đ ng có kh n ng t gi gìn môi tr

ng c a mình

-

Xây d ng kh i liên minh toàn c u: Tính b n v ng toàn c u ph thu c vào s liên minh v ng ch c gi a t t c các qu c gia nh ng m c đ phát tri n trên th gi i l i không đ ng đ u và các n c có thu nh p th p h n đ c giúp đ đ phát tri n b n v ng và đ b o v môi tr ng c a mình.

Mô hình phát tri n b n v ng là m t tam giác v i 3 c nh n i gi a các đ nh: Kinh t , Xã h i và Môi tr ng. Thi t k h ng t i phát tri n b n v ng pcó ti m n ng c i thi n hi u su t, nâng cao ch t l ng s n ph m và m r ng các c h i v th tr ng (n i đ a và xu t kh u) đ ng th i có th gi m b t các tác đ ng x u đ n môi tr ng.

1.4.

Hóa h c xanh và phát tri n b n v ng

S n xu t các ngành công nghi p hóa ch t chi m 7% thu nh p và 9% th ng m i và 80% s n l ng công nghi p c a th gi i. S n xu t d ki n s t ng 85% vào n m 2020 so v i m c n m 1995. T i Hoa K , các ngành công nghi p hóa h c góp ph n 5% c a GDP và t ng thêm 12% giá tr GDP. i u này nói lên t m quan tr ng c a ngành công nghi p hóa h c trong cu c s ng h ng ngày c a con ng i và trong vi c h tr n n kinh t c a qu c gia.

Hình 1. 1. Th ng kê s n l

ng các s n ph m hóa ch t c a các qu c gia

Tuy nhiên ngành công nghi p hóa ch t và các ngành công nghi p khác nh đi n, đi n t còn là m t trong nh ng nguyên nhân gây ra các v n đ môi tr ng toàn c u nh c n ki t NLHT không th tái t o, ô nhi m môi tr ng, x ch t th i đ c h i, gây nh h ng đ n môi tr ng sinh thái và s c kh e c a con ng i. Các ngành công nghi p M chi kho ng $ 10 t đôla m i n m R & D v môi tr ng. Quá trình s n xu t lý t ng yêu c u đ n gi n, m t giai đo n, an toàn, s d ng n ng l ng tái t o, thân thi n v i môi tr ng, không rác th i, hi u su t cao, giai đo n tách đ n gi n. S n ph m lý t ng đòi h i n ng l ng s n xu t và bao bì t i thi u, an toàn, phân h y sinh h c 100% và có th tái ch . Ng i s d ng lý t ng ch m sóc cho môi tr ng, s d ng ti n t i thi u, tái ch , tái s d ng và hi u tác đ ng môi tr ng c a s n ph m. Ngoài ra, ng i s d ng lý t ng khuy n khích sáng ki n "xanh". Ph m vi c a các s n ph m hóa ch t ngày nay r t l n và đóng góp vô giá cho ch t l ng cu c s ng nh thi t k và s n xu t các d c ph m ch a cácb nh nan y, ch t b o v th c v t và t ng tr ng cho phép t ng s n l ng l ng th c c a chúng ta m t cách đáng k . Hóa h c đã đóng và ti p t c gi m t vai trò c b n trong h u h t m i khía c nh c a xã h i hi n đ i

21

trong lãnh v c ch m sóc s c kh e, th c ph m, ch , ph ng ti n giao thông và hàng hóa tiêu dùng, … do đó nhu c u v hóa ch t c a các ngành công nghi p s v n ti p t c t ng cao.

Ngay t n m 1850, nh ng thành tích đ t đ c trong hóa h c, đ c bi t quy mô công nghi p th ng đ l i h u qu l n có h i cho môi tr ng. T đ u nh ng n m 60 c a th k tr c, nh ng tiêu chu n và lu t v môi tr ng phát tri n m nh theo h ng t ng kinh phí và hình ph t, h n ch vi c s d ng các lo i hóa ch t đ c h i. Công chúng c ng yêu c u đ c bi t thêm thông tin v các lo i hóa ch t mà h g p ph i trong đ i s ng. K t qu ngành công nghi p đã ph i đ i m t v i m t áp l c r t l n, không ch trong vi c gi m s phát th i nh ng hóa ch t đ c h i vào môi tr ng và còn ph i gi m s d ng nh ng hóa ch t đ c h i nói chung. i u này đã tr thành đ ng l c m nh m cho các ngành công nghi p hóa ch t ph i tìm ra nh ng s thay th , c i ti n hay nâng c p s n xu t nh ng s n ph m an toàn và thân thi n h n v i môi tr ng. Sau tai n n kh ng khi p c a ngành s n xu t hóa ch t x y ra Bohpal ( n ) n m 1984, n m 1987 Liên Hi p Qu c đã đ ra kh u hi u “phát tri n b n v ng”.

Khái ni m v Hóa h c xanh xu t phát t các ki n ngh c a Hi p c Phòng ch ng ô nhi m đ c Qu c h i Hoa K thông qua vào n m 1990. Ý t ng v cách t t nh t đ gi m chi phí do ô nhi m là ki m soát ngay t i ngu n h n là gi i quy t các v n đ liên quan đ n vi c th i ch t đ c hóa h c vào môi tr ng. Hóa h c xanh k t h p cách ti p c n m i đ i v i các quá trình t ng h p, ch bi n và s d ng các hóa ch t đ gi m thi u m i đe d a đ i v i s c kh e và môi tr ng.

N m 1998, Paul T. Anastas và John C. Warner thu c C quan b o v môi tr ng M (EPA) đã đ ra 12 nguyên t c n n t ng cho Hóa h c xanh. B t k quá trình hóa h c nào đ u ph i đáp ng đ c 12 tiêu chu n trên m i đ c xem là th c s b n v ng, không gây tác đ ng x u t i môi tr ng.

Hóa h c xanh là khái ni m v phát tri n hóa h c m t cách b n v ng (còn g i là hóa h c b n v ng), qua đó khuy n khích phát tri n các ph ng pháp và quá trình t o ra s n ph m nh m h n ch s n xu t và s d ng các hóa ch t đ c h i. Hóa h c xanh tìm cách gi m thi u và ng n ng a ô nhi m t i ngu n phát sinh. Nh ng n m g n đây, Hóa h c xanh đóng vai trò ch đ o trong vi c phát tri n, nh n bi t nh ng v n đ liên quan đ n môi tr ng. Vai trò c a Hóa h c xanh trong phát tri n b n v ng là h t s c c n thi t đ ng th i đáp ng đ c c nh ng nhu c u v phát tri n kinh t và các m c tiêu v môi tr ng.

1.4.1.

nh ngh a hóa h c xanh

Hóa h c xanh là s d ng m t t p h p các nguyên t c gi m ho c lo i b vi c s d ng hay t o ra các ch t đ c h i trong các thi t k , s n xu t và áp d ng các s n ph m hóa ch t. c tr ng c a là h n ch t i đa ch t th i t i ngu n, s d ng hoá ch t không đ c h i, s d ng các ngu n tài nguyên tái t o, c i thi n ch s ti t ki m nguyên t (E.A), s d ng dung môi không đ c h i. Hóa h c xanh v n d ng các nguyên lý c a hóa h u c , hóa vô c , hóa sinh, hóa phân tích, và hóa lý trong vi c tìm ki m các gi i pháp gi m thi u nguy h i và t i đa hhi u qu c a s l a ch n hóa ch t s d ng. Khác bi t v i hóa h c môi tr ng là t p trung vào các hi n t ng hóa h c trong môi tr ng. Công th c quan tr ng c a ngành hóa h c xanh đ c cho b i thu t toán sau: Nguy c = f(s nguy hi m x r i ro)

22

H u h t lu t pháp liên quan đ n môi tr ng trên kh p th gi i đ a ra đ u nh m m c đích gi m thi u t i m c th p nh t nh h ng c a các ch t đ c h i t i môi tr ng. Kh u hi u hàng đ u c a ngành hóa h c xanh là: “s n xu t các hóa ch t ph i gi m thi u và lo i b nh ng h p ch t gây h i, c i ti n và phát minh ra nh ng h p ch t m i đ thay th thân thi n v i môi tr ng”. Gi i Nobel Hoá h c n m 2005 đ c trao cho 3 nhà khoa h c Robert H. Grubbs và Richard R. Schrock đ n t M , cùng Yves Chauvin đ n t Pháp nh vi c tìm ra cách làm gi m ch t th i đ c h i khi t o ra các hoá ch t m i, gi m thi u ch t th i đ c h i b ng m t quá trình s n xu t thông minh h n. H đã phát tri n ra ph ng pháp hoán v trong quá trình t o ra các phân t h u c m i.

1.4.2. Các giai đo n phát tri n c a hóa h c xanh Hóa h c xanh liên quan đ n v n đ gi m ch t th i, v t li u, nguy hi m, r i ro, n ng l ng, tác đ ng môi tr ng, chi phí. Khái ni m v Hóa h c xanh xu t phát t các ki n ngh c a Hi p c Phòng ch ng ô nhi m đ c Qu c h i Hoa K thông qua vào n m 1990. Ý t ng v cách t t nh t đ gi m chi phí do ô nhi m là ki m soát ngay t i ngu n h n là gi i quy t các v n đ liên quan đ n vi c th i ch t đ c hóa h c vào môi tr ng. Hóa h c xanh k t h p cách ti p c n m i đ i v i các quá trình t ng h p, ch bi n và s d ng các hóa ch t sao cho gi m thi u m i đe d a đ i v i s c kh e và môi tr ng.

N m 1998, Paul T. Anastas và John C. Warner thu c C quan b o v môi tr ng M (EPA) đã đ ra 12 nguyên t c n n t ng cho Hóa h c xanh [1]. B t k quá trình hóa h c nào đ u ph i đáp ng đ c 12 tiêu chu n trên m i đ c xem là th c s b n v ng, không tác đ ng x u t i môi tr ng. N m 2001, Winterton đ a ra 12 nguyên t c khác, nh m làm rõ h n 12 nguyên t c ban đ u [2]. N m 2005, Tang, Smith và Poliakoff rút g n 12 nguyên t c l i thành thu t ng PRODUCTIVELY đ d nh [3].

T đ u nh ng n m 60 c a th k tr c, nh ng tiêu chu n và lu t v môi tr ng phát tri n m nh theo h ng t ng kinh phí và hình ph t, h n ch vi c s d ng các lo i hóa ch t đ c h i. Công chúng c ng yêu c u đ c bi t thêm thông tin v các lo i hóa ch t mà h g p ph i trong đ i s ng. K t qu là, ngành công nghi p đã ph i đ i m t v i m t áp l c r t l n, không ch trong vi c gi m s phát th i nh ng hóa ch t đ c h i vào môi tr ng và còn ph i gi m s d ng nh ng hóa ch t đ c h i nói chung. i u này đã tr thành đ ng l c m nh m cho cho ngành công nghi p hóa ch t ph i tìm ra nh ng s thay th , nh ng s nâng c p.

Nh ng n m g n đây, Hóa h c xanh đóng vai trò ch đ o trong vi c phát tri n, nh n bi t nh ng v n đ liên quan đ n môi tr ng. Qua ng d ng các nguyên t c c a hóa h c và khoa h c phân t , ng i ta th y vai trò c a Hóa h c xanh trong phát tri n b n v ng là h t s c c n thi t. th c hi n đ c đi u này thì n n hóa h c ph i đ ng th i đáp ng đ c c nh ng nhu c u v phát tri n kinh t và các m c tiêu v môi tr ng qua vi c áp d ng nh ng nguyên t c khoa h c c b n.

V y có th hi u m t cách t ng quát v khái ni m Hóa h c xanh nh s phát minh, thi t k , ng d ng các s n ph m hóa h c, các quá trình hóa h c nh m gi m ho c lo i b hoàn toàn vi c s d ng và phát th i các hóa ch t đ c h i.

Trong đ u nh ng n m 1990 c a C quan B o v Môi tr ng Hoa K (EPA) đ t ra c m t Hóa h c xanh " thúc đ y hoá ch t sáng t o công ngh đ gi m ho c lo i b vi c s d ng hay t o ra nguy hi m ch t trong vi c thi t k , s n xu t và s d ng các s n ph m hóa ch t. Ngày nay Hóa h c xanh đã d n d n đ c công nh n là m t ph ng pháp đ đ t đ c tính b n v ng. Hóa h c xanh là m t quá trình gi m (Hình 1.1): gi m s d ng nguyên v t li u, gi m ch t th i, gi m n ng l ng, gi m đ c h i, gi m r i ro, … Thách th c chính

23

đ i v i ngành công nghi p hóa ch t là ti p t c cung c p nh ng l i ích cho xã h i mà không quá t i hay gây thi t h i cho môi tr ng v i chi phí ch p nh n đ c.

Hình 1. 2. S đ “gi m” c a Hóa h c xanh 1.4.3. Vai trò c a hóa h c xanh trong phát tri n b n v ng Hóa h c xanh còn đ c g i là Hóa h c b n v ng đã đ c C quan b o v môi tr ng Hoa K (US EPA) đ x ng l n đ u tiên v i m c đích phòng ng a ô nhi m, tìm ki m nh ng bi n pháp gi i quy t, sáng ki n k thu t t i u h n là vi c qu n lý và x lý các ch t th i r n, l ng và khí t s n xu t.

Trong H i ngh Th ng đ nh Liên hi p qu c v phát tri n b n v ng t i Johannesburg n m 2002, GS. Jurgen Metzger thu c đ i h c Oldenburg ( úc) có nêu lên nh ng ti n b c a th gi i trong vi c ng d ng Ngh trình 21 c nh s d ng hóa ch t an toàn c ng nh l u tâm nhi u đ n s c kh e c a con ng i và môi tr ng. ây chính là m t đóng góp l n c a các công ty s n xu t hóa ch t trên th gi i. Công ty Dow Chemical (Hoa K ) là m t công ty s n xu t hóa ch t l n nh t th gi i đã gi m đ c s th i khí CO2 trong các quy trình s n xu t t 28,1 tri u t n cho n m 1994 xu ng còn 26,1 tri u t n n m 2002. GS. Metzger đã đ ngh Vi n ki n 2020 v i m t m c tiêu rõ ràng là gi m thi u 30% n ng l ng so v i n m 2002 trong các công ngh s n xu t hóa ch t toàn c u. Ông c ng d đoán s có 25% hóa ch t h u c đ c s n xu t t các ngu n nguyên li u tái sinh. Tuy nhiên, ông c ng nghi v n là s khó kh n đ ph n đông th gi i áp d ng các k thu t m i này c ng nh “s ù lì” c a m t s đ i công ty v n còn mu n đi theo l l i c s d ng ngu n nguyên li u hóa d u đ s n xu t ra s n ph m hóa h c h n là áp d ng ngu n nguyên li u tái sinh…

M t trong nh ng vi c làm đáng ca ng i c a công ty Cargill Dow thu c nhóm Nature Works là đã thành công trong vi c s n xu t ch t d o (plastic) t b p. ây là m t cu c cách m ng xanh l n nh t vào đ u th k 21. Polylactic acid hay PLA là m t lo i ch t d o th c v t có đ c t vi c t ng h p đ ng dextrose trong b p. Phát minh n y đã đ c gi i th ng Presidential Green Chemistry Challenge n m 2002. Lo i plastic “b p” n y có th áp d ng trong các công ngh s n xu t qu n áo, kh n, th m, bao bì cho th c ph m và nhi u ng

24

d ng khác trong nông nghi p. Theo Cargill Dow, s n xu t ch t d o trong đi u ki n trên s gi m thi u 20% đ n 50% n ng l ng s d ng so v i vi c s n xu t theo quy trình truy n th ng. Công ty Blair, Nebraska đã b t đ u s n xu t 140.000 t n/n m t n m 2002 và d ki n t ng lên 500.000 t n vào n m 2006. EPA Hoa K đã t ng k t t t c các thành qu c a Hóa h c xanh t n m 1996 đ n 2002, trung bình hàng n m Hoa K đã lo i b 800.000 t n hóa ch t trong đó có chlorofluorocarbon (CFC), h p ch t h u c nh , đ c h i và không b sinh thoái hóa, gi m 650 tri u gallon dung môi h u c , gi m 138 t gallon n c dùng trong vi c s n xu t các k ngh d t, phim nh, ch t bán d n, gi m đ c 90.000 t đ n v n ng l ng tiêu th Btu và 430.000 t n khí th i CO2 vào không khí, gi i quy t đ c 19 tri u t n ph th i đ c h i đã đ c x lý hay tái sinh. ng trên c n b n l i nhu n, vi c chuy n đ i các quy trình c đi n sang quy trình s ch thích h p v i ti n trình toàn c u hóa là m t vi c không d dàng. Vì th , tích cách “b o th trong s n xu t” là m t trong nh ng tr ng i chính vi c nghiên c u, tri n khai, ng d ng Hóa h c xanh trong công ngh s n xu t. Thí d trong k ngh d c ph m: Theo c tính, m t công ty đã nghiên c u thành công dây chuy n s n xu t s ch nh ng trong giai đo n chuy n ti p, công ty có th b gián đo n hay gi m 50% s n xu t, t đó vi c m t l i nhu n là nh ng con s đáng k mà khó có công ty nào ch p nh n hy sinh. Do đó ngoài vi c nghiên c u quy trình s ch, các công ty ph i th c hi n song hành v i vi c nghiên c u tài chính và th tr ng trong giai đo n chuy n đ i công ngh .

Chuy n hóa t hóa h c hi n t i qua hóa h c xanh là m t cu c cách m ng toàn di n, do đó các nhà khoa h c và công nghi p g p nhi u khó kh n vì t t c đ u d a trên các k t qu nghiên c u đang b t đ u đ c đ nh hình và tìm ki m.

Ngày nay công ngh thông tin đã hoàn toàn chi m l nh và đóng vai trò thi t y u trong đ i s ng c a m i ng i trên th gi i. Công ngh này là công c hàng đ u trong trao đ i gi a các qu c gia tr c ti n trình toàn c u hóa. Yêu c u c a Hóa h c xanh đ t ra trong vi c phát tri n công ngh thông tin là ki m soát nhu c u n ng l ng và gi i quy t ph th i. Theo th ng kê c a SandOaks, Texas, n ng l ng dùng cho vi c s d ng công ngh thông tin đã t ng g p đôi trong vòng 6 n m qua và hàng n m t ng thêm kho ng 3% m c n ng l ng dùng Hoa K . Do đó, m c tiêu hàng đ u c a các đ i công ty s n xu t là gi m thi u m c n ng l ng s d ng xu ng còn 40% đ n 45% trong nh ng n m s p đ n đ cân b ng v i nhu c u s n xu t t ng tr ng 3% hàng n m. Theo tính toán, m c đi n n ng tiêu th trong m t máy đi n toán là 33% cho b ph n màn hình, 10% cho CPU, 10% h th ng đi n cung c p, 9% cho b nh , 8% cho ph n ph n c ng v.v… M t khác, nhà s n xu t công ngh thông tin c n ph i tuân th tinh th n Ngh đ nh th Kyoto qua vi c gi m thi u ph th i, tái t o nguyên li u dùng cho s n xu t các máy móc đi n t v.v…Có th th y tinh th n hoá h c xanh áp d ng cho các ngành công ngh khá ph c t p và nhi u tr ng i nh ng rõ ràng các bi n pháp c a hóa h c xanh đang góp ph n vào vi c phòng ng a ô nhi m h u hi u nh t.

Câu h i đ c đ t ra là li u các nguyên li u đ n t vi c chuy n hóa sinh h c hay tái sinh có th hoàn toàn thay th đ c nguyên li u đi t NLHT hay không? CO2 và các ngu n khí th i khác có th đ c thu h i và chuy n đ i thành hóa ch t an toàn khác hay không?

Li u khí H2 có th là m t ngu n n ng l ng chính trong t ng lai? Li u các hóa ch t s d ng trong nông nghi p và d c ph m s là nh ng hóa ch t có th d b phân h y và không còn nh h ng lên môi tr ng? Ho c li u nh ng ph ph m và ph ph m c a công ngh thông tin có đ c x lý đúng đ n hay không hay ch là m t gi i pháp cháp vá nh chuy n t i ph th i t các qu c gia đã phát tri n nh Hoa K sang các qu c gia đang phát tri n nh Trung Qu c ho c Vi t Nam thu h i nh ng nguyên v t li u đ tái s d ng? Nhi u nhà khoa

25

h c môi tr ng v n còn nghi ng s thành công c a khái ni m hóa h c xanh và công ngh xanh t đó cho r ng s phát tri n b n v ng đúng ngh a không th th c hi n đ c. Ng c l i, nh ng ng i l c quan tin t ng r ng ti n trình phát tri n b n v ng là m t h ng đi ch không ph i là m c tiêu đ đ n. Hóa h c xanh và công ngh xanh là m t c m nang c n b n d n đ n vi c làm s ch và b o v môi tr ng đ b o đ m cho quá trình phát tri n b n v ng toàn c u.

1.5.

K thu t xanh

Trong nh ng n m c a th p k cu i cùng, các nhà khoa h c đã nh n th c đ c r ng s t ng tr ng kinh t nhanh chóng và s d ng t do ngu n tài nguyên thiên nhiên đã gây ra các v n đ môi tr ng nghiêm tr ng và phá v tính b n v ng trong t ng lai c a nhi u vùng trên th gi i. Theo đu i m c tiêu t ng tr ng cao nh ng không cân nh c đ n v n đ suy thoái môi tr ng và c n ki t tài nguyên thiên nhiên s đe d a tính b n v ng c a s phát tri n. Các phong trào môi tr ng trên th gi i c a nh ng n m 1960 và 1970 đã ph n đ i các xu h ng phát tri n kinh t và kèm theo ô nhi m môi tr ng trên quy mô qu c gia, khu v c và toàn c u. Các v n đ môi tr ng nh l th ng ozon trong t ng bình l u, s nóng lên toàn c u và hi u ng nhà kính, s lây lan c a ô nhi m môi tr ng, ô nhi m c a các đ i d ng, s c n ki t c a các ngu n tài nguyên thiên nhiên và n c ng t, sa m c hóa, … đang là nh ng v n đ tr ng tâm c a th gi i.

Hóa h c xanh là m t phong trào khoa h c c a nh ng n m 1990 v i m c đích đ i m i trong thi t k và trong ngành công nghi p hóa ch t đã đ c m r ng sang Công ngh xanh bao g m các ng d ng công ngh , quy trình k thu t và s n xu t s n ph m.

1.5.1.

nh ngh a k thu t xanh

Theo C quan B o v Môi tr ng c a Hoa K ( EPA ) : K thu t xanh là nh n th c v các quy t đ nh b o v s c kh e con ng i và môi tr ng có th có nh h ng l n nh t và chi phí hi u qu khi áp d ng s m đ thi t k và phát tri n giai đo n c a m t quá trình công nghi p ho c s n ph m. M c tiêu c a k thu t xanh là k t h p các khái ni m liên quan đ n r i ro vào vi c thi t k các quá trình hóa h c và các s n ph m trong nghiên c u h c thu t và công nghi p s n xu t.

K thu t xanh h ng t i b n b ph n ch y u c a khoa h c và công ngh : h c vi n, gi ng viên đ i h c h ng d n h c sinh v t duy m i trong quy trình k thu t và ng d ng thông qua các bài gi ng h c t p và h i th o mà ph bi n tài li u k thu t xanh, các nhà khoa h c nghiên c u ph n m m cung c p các thi t b có công c tích h p đ đánh giá m i nguy hi m trong quá trình thi t k , k s hóa công nghi p và các nhà khoa h c khác cung c p các khóa h c giáo d c, tài li u h c t p m i, ph ng pháp và các bài t p tình hu ng mô t s thay th k thu t xanh trong quá trình hóa h c, thi t k và đ i m i công ngh v i tiêu chí xanh, ph bi n liên t c các ngu n và tài li u k thu t xanh đ n h c vi n và ngành công nghi p nh là dòng ch y liên t c c a thông tin và ý t ng cho các nghiên c u tình hu ng m i và ph ng pháp thi t k quy trình c a k thu t xanh.

1.5.2. Các giai đo n phát tri n c a k thu t xanh Theo đ nh ngh a, ‘k thu t xanh’ (green engineering) liên quan đ n vi c thi t k , th ng m i hóa, s d ng các quá trình và s n ph m sao cho v a có tính kh thi c ng nh tính kinh t , v a có th h n ch t i đa v n đ ô nhi m t i ngu n c ng nh các r i ro hi m h a đ i v i s c kh e con ng i và môi tr ng s ng. hi u rõ và v n d ng m t cách t t nh t k thu t xanh trong ho t đ ng s n xu t và trong ho t đ ng nghiên c u c n ph i có

26

nguyên t c đ nh h ng c th . Có th xem các v n đ v k thu t xanh và các nguyên t c c a nó đ c th t s kh i x ng n m 2001 h i ngh t ch c t i Virginia, Hoa k , mang tên: ‘Green Engineering: Sustainable and Environmetally Conscious Engineering’, t m d ch là: ‘k thu t xanh: k thu t b n v ng và có nh n th c v môi tr ng’. T i h i ngh các nhà khoa h c đ u ngành v l nh v c này đã đ a ra k t lu n c n ph i t ch c riêng m t h i ngh đ th o lu n m t cách sâu s c và chi ti t v tinh th n chung, các nguyên t c c ng nh ph m vi c a k thu t xanh. n n m 2003 kho ng trên 65 nhà khoa h c đã t p trung v h i ngh t ch c t i Floria, Hoa k , đ th o lu n v nguyên t c xanh đ đ t đ c phát tri n b n v ng thông qua khoa h c và công ngh . K thu t xanh đ c ki m soát b ng 12 nguyên t c do Paul T. Anastas và Julie B. Zimmerman kh i x ng.

1.5.3. Vai trò c a k thu t xanh trong phát tri n b n v ng K thu t xanh là quá trình và thi t k c a s n ph m nh m b o t n tài nguyên thiên nhiên d n đ n m c tiêu phát tri n b n v ng . Ngoài ra, k thu t xanh nh m gi m tác đ ng x u c a các quá trình và s n ph m đ n môi tr ng t nhiên. K thu t xanh đ c áp d ng cho r t nhi u các s n ph m nh nhà c a, xe c , các s n ph m tiêu dùng (v t li u, thi t b đi n và đi n t ) và các thi t b đòi h i công ngh k thu t trong c u trúc và s n xu t. các n c công nghi p phát tri n hi n nay có nhi u ngành đào t o chuyên ngành k s xanh. Sinh viên t t nghi p các chuyên ngành k thu t khác có th đ c đào t o ho c tham d các l p đ c bi t đ hi u nh ng ph ng pháp thân thi n v i môi tr ng đ s n xu t các nguyên v t li u ho c các thành ph n khác. Ví d các k s ho c ki n trúc s quan tâm đ n thi t k nhà có th tìm hi u v v t li u xây d ng ho c k thu t xây d ng m i nh t. K thu t và thi t k xanh ngày nay là m t b ng c p hay ch ng ch thêm r t quan tr ng trong m i lãnh v c c a k thu t.

C u trúc c a K thu t Xanh d a vào 12 nguyên t c c a nó đ gi i quy t m t s các quy trình công ngh quan tr ng nh t và các v n đ k thu t đ c phát tri n trong th p k qua. 12 nguyên lý c a k thu t xanh không ph i là danh sách các m c tiêu mà là t p h p các ph ng pháp lu n quan tr ng c n ph i thay đ i đ đ t đ c nh ng m c tiêu và thúc đ y phát tri n b n v ng.

Vi c giáo d c các k s công ngh và làm thay đ i nh n th c và ph ng pháp c a các chuyên gia và nhà khoa h c b o th là nh ng y u t quan tr ng đ thành công trong thi t k xanh và l a ch n thay th sáng t o. Các k s m i ph i đ c giáo d c đ ti p c n có h th ng 12 nguyên t c trong thi t k phân t , s n ph m, quy trình và ph ng pháp s n xu t vì l i ích c a xã h i và môi tr ng. Nh ng ph ng pháp s n xu t c ph i đ c thay đ i. Chúng ta c n ph i đ nh ngh a l i các v n đ c a s b n v ng, nguyên li u tái t o, ngu n n ng l ng m i và chi n l c đ đáp ng nhu c u nh ng đ ng th i v n b o v đ c môi tr ng. các n c công nghi p phát tri n, trong nh ng n m g n đây nhi u tr ng đ i h c đã cung c p các khóa h c v k thu t xanh và công ngh s n xu t xanh và s ch.

27

TÀI LI U THAM KH O [1]. Phan Thanh S n Nam, Hóa h c xanh, NXB HQG TPHCM, (2014).

[2]. Mike Lancaster, Green Chemistry: An Introductory Text, The Royal Society of Chemistry, (2012).

[3]. Mukesh Doble, Anil Kumar Kruthiventi, Green Chemistry and Processes, Elsevier, (2007).

[4]. James Clark, Duncan Macquarrie, Handbook of Green Chemistry And Technology, Backwell, (2002).

[5]. Paul T. Anastas and Julie B. Zimmerman, Through the 12 rinciples Green engineering, Environmental science & technology, 1, 95-101 (2003).

GHI CHÚ

........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................

28

CH NG 2 Nguyên lý và nguyên t c c a hóa h c xanh và k thu t xanh M c đích quan tr ng nh t c a hóa h c xanh đã đ c xác đ nh trong m i hai nguyên t c. Hóa h c xanh bao g m nh ng nguyên t c c b n đ gi m ho c lo i b ô nhi m môi tr ng. Nó t p trung vào các v n đ nh tìm ki m các hóa ch t có th thay th và thân thi n v i môi tr ng, t ng t c đ ph n ng, h nhi t đ ph n ng đ ti t ki m n ng l ng, hi u qu ph n ng, s d ng các dung môi ít đ c h i h n, gi m thi u nguyên li u s d ng và s n ph m đ c h i, gi m ch t th i.

Paul Anastas T., - m t nhà hóa h c h u c làm vi c trong V n phòng Phòng ng a ô nhi m và đ c t t i EPA và John C. Warner đã phát tri n m i hai nguyên t c c a hóa h c xanh vào n m 1991. Nh ng nguyên t c này có th đ c chia thành các nhóm: -

Ít: s d ng ít hóa ch t, dung môi và n ng l

-

An toàn: s d ng nguyên li u, quá trình và dung môi an toàn

-

Quá trình: quá trình hi u qu không ch t th i, không s d ng d n xu t và s d ng xúc tác

-

Ch t th i: ch t th i phát sinh ph i đ h y

-

B n v ng: hóa ch t, nguyên li u và n ng l

ng.

c theo dõi trong th i gian th c t và ph i phân ng ph i tái t o đ

c và b n.

Hình 2. 1. Paul Anastas T. – Cha đ c a hóa h c xanh

29

2.1. Các nguyên t c c a hóa h c xanh: Nguyên t c 1: Phòng ng a Phòng ng a s phát sinh c a ch t th i thì t t h n là x lý hay làm s ch khi chúng đ c t o ra trong quá trình. i u này đ c d a trên các khái ni m v "ng n ch n ô nhi m t i ngu n."

Hình 2. 2. Tr t t

u tiên các ho t đ ng đ gi m tác đ ng đ n môi tr

Ví d ph n ng t ng h p Ibuprofen b ng ph gi m m t n a s giai đo n ph n ng.

Hình 2. 3. Ph

ng

ng pháp xanh gi m 59 % ch t th i và

ng pháp t ng h p Ibuprofen truy n th ng

30

Hình 2. 4. Ph

ng pháp xanh t ng h p Ibuprofen

Nguyên t c 2: Ti t ki m nguyên t Các b c t ng h p ho c ph n ng nên đ c thi t k đ t i đa hóa s k t h p c a t t c các nguyên li u đ c s d ng trong quá trình vào s n ph m cu i cùng thay vì t o ra s n ph m vô d ng ho c không mong mu n. (%) ti t ki m nguyên t E.A: t l c a t ng kh i l ng c a các nguyên t trong s n ph m cu i cùng so v i t ng kh i l ng c a các nguyên t c a tác ch t % ti t ki m =

kh i l ng các nguyên t trong s n ph m x100 kh i l ng các nguyên t trong tác ch t

Ý ngh a c a A.E: đo hi u qu c a ph n ng (có bao nhiêu nguyên t k t h p v i nhau trong s n ph m và có bao nhiêu nguyên t b b đi). Ph n ng có hi u su t cao nh ng A.E th p thì có nhi u ch t th i. Khi thi t k quy trình hóa h c xanh ph i tính đ n c hi u su t và A.E c a ph n ng Ví d : CaCO3(r)

CaO(k)

100

56

44

Ca COOO

CaO

COO

+

CO2 (k)

Lãng phí 1C và 2 O

g mol x100 % A. E = g 100 mol % A. E = 56 % 56

Nguyên t c 3: S d ng ít hóa ch t đ c h i Ph ng pháp t ng h p nên đ c thi t k đ s d ng và t o ra các ch t ít ho c không có đ c h i đ i v i môi tr ng và công c ng.

Ví d : -

Ph ng pháp phosgen: truy n th ng s d ng nhi u CH2Cl2 đ c, n mòn thi t b , s n ph m polycacbonat có l n clo

31 CH3

O

HO

+

OH

O Cl

CH3

O

CH3

H2O/CH2Cl2

O

Cl

n

CH3

o Ph ng pháp xanh s d ng diphenyl cacbonat, không s d ng h p ch t clo, diphenyl cacbonat là ch t r n, polycacbonat có hi u su t cao h n CH3

C+

OH +

HO

O

CH3 O

O

O

O

O

CH3

CH3

Nguyên t c 4: Thi t k cho hóa ch t an toàn h n

S n ph m hóa ch t nên đ c thi t k đ không ch th c hi n ch c n ng thi t k c a mình mà còn ph i ít đ c h i trong ng n h n và dài h n.

Ví d đi u ch acid adipic là hóa ch t dùng cho t ng h p nylon và d u nh n s d ng nguyên li u là benzen có ngu n g t d u m và s n ph m ph là NO2 m t trong tác nhân gây ra m a acid đã đ c thay b ng nguyên li u đ ng gluco có th tái t o đ c.

OH

O Ni/Al2O3

Co/O2

370-800 psi

120-140 psi cyclohexen

benzen

OH

OH OH

OH

cyclohexenon

CO2H HO2C

cyclohexenol

acid adipic

CO2H OH

O

HNO3

+

CO2H

E.coli

E.coli

O

OH

Pt, H2/50 psi

HO2C

CO2H HO2C acid adipic

OH

D-gluco

Nguyên t c 5: Dung môi và các ch t ph tr an toàn h n S d ng các ch t ph tr nh dung môi ho c ch t tách khi th t c n thi t và n u dùng nên s d ng các ch t không có tính đ c h i.

n

32

Hình 2. 5. Thi t k quy trình không tái s d ng và có tài s d ng l i dung môi và xúc tác Nguyên t c 6: Thi t k cho hi u qu n ng l

ng

Các quá trình hóa h c ph i đ c tính toán đ tác đ ng n ng l ng đ i v i kinh t và môi tr ng th p nh t. N u có th , t t c các ph n ng nên đ c ti n hành nhi t đ và áp su t bình th ng.

Các gi i pháp b o t n n ng l ng nh s d ng xúc tác đ ti n hành ph n ng nhi t đ và áp su t th p, s d ng vi sóng, siêu âm cho ph n ng đ t hi u qu h n v i th i gian ng n h n, t ng h p b ng ph ng pháp vi sinh nhi t đ và áp su t th ng.

Hình 2. 6. S d ng đèn LED là gi i pháp ti t ki m n ng l

ng

Nguyên t c 7: S d ng nguyên li u có th tái sinh ng đ

Nguyên li u dùng cho các quá trình hóa h c nên tái s d ng h n là lo i b khi đáp c v m t kinh t và k thu t.

Hình 2. 7. Các ngu n biomass cho hóa h c xanh Solazyme Inc., South San Francisco, California phát tri n m t quá trình t ng h p các lo i d u máy may t vi t o s d ng k t h p c a k thu t lên men và k thu t gen. D u t o có th s n xu t ra các lo i d u khác có nhi u tính n ng khác nhau nhau đáp ng đ c yêu c u c a khách hàng. S n ph m đang đ c th nghi m và th ng m i hóa cho nhi u ng d ng khác nhau bao g m th c ph m, nhiên li u, ch m sóc cá nhân và gia đình và các s n

33

ph m công nghi p. Hi u su t cao, l ng phát th i h p ch t h u c d bay h i th p và gi m đáng k l ng khí th i carbon là nh ng l i th c a quá trình Solazyme.

Hình 2. 8. S đ nghiên c u đi u ki n ph n ng xanh h n c a Solazyme Nguyên t c 8: Gi m thi u d n xu t th

D n su t không c n thi t nên gi m thi u ho c không s d ng b i vì các b i c n ch t ph gia ho c t o ra ch t th i.

c nh v y

Nguyên t c 9: Xúc tác Xúc tác thì t t h n là các ch t trong ph

ng trình t l

ng.

Nhà khoa h c Masaru Aoyagi c a Vi n Khoa h c Công nghi p và Công ngh Tiên ti n Qu c gia (AIST) đã nghiên c u s d ng các ng nano d ng ph c h u c v i nickel (Ni - ONTs ) làm ch t xúc tác cho ph n ng oxy hóa quan tr ng không th thi u trong nhi u ngành công nghi p c a nhi u các h p ch t h u c khác nhau. Ph n ng x y ra trong môi tr ng n c và nhi t đ phòng. Ni - ONT đ c t ng h p b ng cách tr n phân t có hai đ u a n c và k n c (amphiphilic) r ti n, glycylglycine k t n i v i m t acit béo, mu i niken trong dung môi. T t c các ion niken đ c ti p xúc bên trong và bên ngoài b m t c a ng nano, do đó Ni – ONT s cung c p các tâm xúc tác hi u qu cho ph n ng. Xúc tác Ni - ONT r n có th d dàng thu h i sau khi ph n ng và tái s d ng nhi u l n.

Hình 2. 9. Ph n ng oxy hóa hi u qu v i xúc tác c a ion Ni g n trên b m t ng nano Nguyên t c 10: Thi t k cho suy thoái

34

tr

Thi t k s n ph m đ sau s d ng có th suy thoái ho c không t n t i trong môi ng.

Hình 2. 10. Màng biopolyme th c ph m có kh n ng phân h y Nguyên t c 11: Phân tích th i gian th c đ ng n ng a ô nhi m Phân tích th i gian h u ích đ ng n ng a ô nhi m: Phát tri n các ph ng pháp phân tích đ giám sát và ki m soát vi c t o thành các ch t th i nguy h i ngay trong quy trình.

Hình 2. 11. Giám sát m c đ ô nhi m không khí c a B c King n m 2013 Nguyên t c 12: Hóa h c an toàn h n đ đ phòng các s c Các ch t s d ng trong quá trình hóa h c c n đ c ch n l a đ h n ch t i đa kh n ng gây ra tai n n k c vi c thoát ra môi tr ng, n hay cháy. ch ng vi c hào bám vào các tàu, thuy n trên bi n gây thi t h i nhi u v kinh t và tàu thuy n ng i ta s d ng h p ch t h u c c a Sn khá đ c cho môi tr ng bi n. Hi n nay công ty Rohm và Haas đã s n xu t h p ch t Sea-NineTM thay th nh ng không đ c h i.

35 S Cl

N C8H17 Cl

O

4,5-dicloro-2-n-octyl-4-isothiazolin-3-on (DCOI)

Công ty Solberg nghiên c u thành công b t ch a cháy t t h n và thân thi n v i môi tr ng tên RE - HEALING b ng cách m t pha tr n ch t ho t đ ng b m t v i đ ng so v i b t ch ng cháy truy n th ng làm t b t có n ng đ cao c a flo. Thành công này đã lo i b ch t ho t đ ng b m t dây dài đã flo hóa trong b t ch ng cháy có kh n ng phân h y th p, tích t sinh h c và đ c h i hay ch t ho t đ ng b m t dây ng n đã flo hóa ít đ c h i nh ng v n t n t i dai d ng trong môi tr ng. Các b t c a công ty Solberg đã đ c ch ng nh n và đáp ng t t c các tiêu chí th c hi n ch a cháy c n thi t .

Hình 2. 12. Quy trình t ng h p xanh h n cho b t ch ng cháy không có halogen

Hình 2. 13.Các nhóm chính c a 12 nguyên t c c a hóa h c xanh

36

Các nguyên t c hóa h c đã đ c áp d ng trong nghiên c u ng d ng công nghi p khác nhau đã r t thành công v im c tiêu gi m thi u tiêu th n ng l ng, s n ph m ít đ c h i và ch t th i t i thi u. Nh ng ti n b này đã đóng góp ph n quan tr ng vào s an toàn và s c kh e c a ng i lao đ ng làm vi c tr c ti p s n xu t trong các ngành công nghi p hóa ch t, nh ng ng i tham gia v n chuy n, phân ph i các s n ph m và ng i tiêu dùng.

Vi c áp d ng hóa h c xanh đã tìm th y con đ ng c t gi m tiêu th n ng l ng, ho c b ng cách thay đ i các quy trình, ho c thông qua vi c s d ng các xúc tác m i. Vi c này không ch mang l i l i ích kinh t mà quan tr ng là gi m các v n đ môi tr ng.

V i vi c s d ng các dung môi thay th (ví d nh toluen h n c a benzen, cyclohexan h n là carbon tetrachlorid, dichloromethan hay chloroform) hóa h c xanh c ng làm gi m đáng k v n đ môi tr ng.

Hóa h c xanh đ t v n đ đ i m i trong hi t k các s n ph m công nghi p đ i v i quá trình s d ng và sau chu k s ng h u ích. ây là thay đ i r t quan tr ng đ i v i m c tiêu phát tri n b n v ng. Hóa h c Xanh thông qua vi c thi t k và l a ch n các ph ng án t ng h p t t h n làm cho k thu t s n xu t s ch h n và các s n ph m tiêu dùng ít đ c h n t thu c tr sâu, phân bón, ch t đàn h i, nh a, thu c ch a b nh, thu c th phân tích và s n ph m th ng m i khác. Các t p đoàn công nghi p l n hi n nay đ u quan tâm t p trung cho s n xu t các s n ph m an toàn, kh e m nh và lành tính h n cho các môi tr ng.

Hình 2. 14.M i quan h gi a các nguyên t c c a hóa h c xanh

2.2. Các nguyên t c c b n c a k thu t xanh Nguyên t c th nh t: Thu c tính h n là tình hu ng Các nhà thi t k c n ph i c g ng b o đ m r ng t t c các ph n v t ch t và n ng l ng ph n nh p li u c ng nh ph n s n ph m càng không đ c h i càng t t. M c dù nh h ng x u c a các hóa ch t có b n ch t đ c h i có th h n ch đ n m c t i đa b ng cách này hay cách khác, vi c gi i quy t v n đ này th ng t n nhi u th i gian, ti n b c, nguyên v t li u và n ng l ng.

37

Do đó h ng gi i quy t nh v y không ph i là ph ng pháp b n v ng v m t kinh t c ng nh v m t môi tr ng. Thông qua đánh giá c a các nhà thi t k quá trình, ngu n nguyên v t li u thân thi n nh t v i môi tr ng s đ c l a ch n cho quá trình, và đây s là b c đ u tiên trong quy trình thi t k ra các s n ph m, quá trình hay h th ng th n thi n v i môi tr ng. T ng t nh v y, các nhà thi t k c ng s phát tri n các k thu t hay gi i pháp công ngh đ có th s n xu t ra ngu n nguyên v t li u và ngu n n ng l ng m t cách thân thi n v i môi tr ng nh t. i v i các tr ng h p b t bu c s d ng các nguyên v t li u đ c h i, các hóa ch t đ c h i ph i đ c lo i tr ngay trong quá trình (th ng là giai đo n tách và tinh ch ), n u không s g n k t vào s n ph m c a quá trình. Các hóa ch t đ c h i đó có th đ c lo i tr ngay trong quá trình b ng cách t i u hóa đi u ki n v n hành. i u này th ng đòi h i s giám sát quá trình m t cách nghiêm ng c và ph i có các bi n pháp phòng ng a thích h p.

Không ph i lúc nào các bi n pháp này c ng ph i thành công. Th c t v n có các chi n l c g n k t các quá ch t đ c h i vào s n ph m hay quá trình v i đi u ki n chúng đ c thu h i và tái s d ng. Tuy nhiên h ng gi i quy t này đòi h i chi phí cao cho vi c ki m tra giám sát ch t ch trong su t vòng đ i c a chúng. Bên c nh đó, ph ng pháp này còn ph thu c vào vi c truy n v n các hóa ch t này đ bào đ m m t chu trình khép kín, và đi u này s làm t ng nguy c rò r hay tai n n. Lý t ng nh t, ngu n nh p li u c a m t h th ng nên càng ít đ c h i càng t t, s làm gi m m t cách đáng k các r i ro c ng nh chí phí cho vi c ki m tra giám sát hay chi phí cho các bi n pháp phòng ng a.

Nguyên t c th 2: Phòng ng a thay vì x lý Ng n ng a vi c hình thành các ch t th i sinh ra trong m t quy trình s có hi u qu đáng k h n so v i vi c x lý l ng ch t th i đã đ c sinh ra. Vi c đ xu t các h th ng quy trình s n xu t không ch t th i th ng b ch trích là không tính đ n các đ nh lu t nhi t đ ng h c c ng nh các v n đ liên quan. M t đi m quan tr ng th ng b b qua, khái ni m ch t th i là do con ng i ngh ra. Nói m t cách khác, b n ch t c a n ng l ng c ng hay v t ch t v n không ph i là ch t th i. Khái ni m ch t th i xu t phát t vi c chúng không d c s d ng m t cách hi u qu . Theo cách đánh giá đó, các v t li u hay n ng l ng không đ c khai thác s d ng m t cách hi u qu đ mang l i l i ích trong quá trình đ u s đ c đánh giá ch t th i. Vi c hình thành c ng nh vi c s lý ch t th i th ng đòi h i nhi u ch t th i th ng đ i h i nhi u công s c, th i gian và ti n b c. c bi t là đ i v i các ch t th i đ c h i, chi phí dành cho vi c ki m tra, đi u khi n th ng r t cao.

M c dù vi c hình thành ch t th i rõ ràng nên đ c hay h n ch b t c lúc nào c ng có th , th c t c ng có nhi u ví d trong đó ch t th i không ph i đ c hình thành m t cách tình c mà do quy trình đ c thi t k m t cách không đúng đ n. Các công ngh th ng h ng đ n vi c thi t k không ch t th i quy mô nào c ng d a trên khái ni m c b n: nh p li u đ c thi t k đ tr thành m t ph n c a s n ph m. quy mô phân t khái ni n này đ c g i là ‘ti t ki m nguyên t ’ (atom economy), và các quy mô l n h n s đ c g i là ‘ti t ki m nguyên v t li u” (material economy).

Nguyên t c này có th đ c minh h a b ng cách xem xét vi c thi t k các h th ng s n xu t n ng l ng t ngu n nguyên li u hóa th ch, trong đó m i giai đo n c a chu trình đ u sinh ra ch t th i. M c dù ch t th i c ng sinh ra ngay trong quá trình khai thác và ch bi n, ph n l n ch t th i l i đ c hình thành trong quá trình s d ng. Vi c đ t cháy các nhiên li u hóa th ch s hình thành các ch t khí gây hi u ng nhà kính c ng nh các ch t th i d ng b i r n và đây là m t trong nh ng nguyên nhân gây ra vi c thay đ i khí h u toàn c u và các h qu c a nó. Trong khi đó vi c s n xu t n ng l ng d a trên các ph n ng

38

t ng h p h t nhân (fusion energy) là m t ví d c a ngu n n ng l ng không ch t th i. M c dù đang trong giai đo n nghiên c u, đây là m t trong nh ng ngu n n ng l ng có tính b n v ng. vi c s d ng ngu n n ng l ng này lo i tr đ c s hình thành các s n ph m cháy đ t h i do không s d ng các nguyên li u hóa th ch. Bên c nh đó, ngu n n ng l ng này không phát sinh các v n đ nguy hi m liên quan đ n ngu n n ng l ng h t nhân hi n t i.

Nguyên t c th 3: Thi t k cho quá trình phân riêng Quá trình tách và tinh ch s n ph m ph i đ c thi t k sao cho chi phí n ng l ng và nguyên v t li u đ c gi m đ n m c th p nh t. Th c t trong nhi u quá trình s n xu t, giai đo n tách và tinh ch s n ph m th ng có chi phí cao nh t. r t nhi u quá trinh phân riêng truy n th ng đòi h i s d ng m t s dung môi đ c h i r t l n, m t s khác l i tiêu t n m t l ng r t l n n ng l ng. Các thi t k thích h p cho phép quá trình t phân riêng d a trên tính ch t lý hóa v n có c a h th ng mà không c n ph i đ a thêm hóa ch t c ng nh thêm các công đo n m i. Nh v y có th gi m chi phí c ng nh th i gian tiêu t n cho vi c tách và tinh ch s n ph m.

Các chi n l c thi t k thích h p có th đ c áp d ng sao cho s n ph m có tính ch t mong mu n. ph ng pháp này cho phép h n ch t i đa n ng l ng và nguyên v t li u c n thi t đ phân riêng s n ph m mong mu n ra kh i h n h p ph c t p ch a nhi u thành ph n không mong mu n. Bên c nh đó, các thành ph n không mong mu n t h n h p, v n đ c x p vào lo i ch t th i, s đòi h i chi phí th i gian và ti n b c đ chuyên ch , x lý c ng nh gi i quy t các v n đ phát sinh khác t l ng ch t th i này.

M t s ví d cho nguyên t c này là quá trình tinh ch s n ph m c a ph n ng hóa h c b ng s c ký c t hay b ng ph ng pháp ch ng c t. Xét d i g c đ k thu t xanh, các ph ng pháp phân riêng này không ph i là ph ng pháp có hi u qu nh t. Ph ng pháp s c ký c t th ng đ c s d ng m t l ng l n các dung môi h u c đ c h i đ tách và tinh ch s n ph m, trong khi đó ph ng pháp ch ng c t nhi u n ng l ng cho c giai đo n gia nhi t hóa h i và giai đo n ng ng t . N u s n ph m c a ph n ng hóa h c có th đ c thi t k sao cho chúng có kh n ng t phân riêng ra kh i h n h p, s gi i quy t đ c v n đ dung môi đ c h i hay v n đ chi phí n ng l ng nói trên. Trong tr ng h p không th t phân riêng, có th s d ng m t s polymer đ đi u khi n đ tan c a tác ch t hay c a xúc tác, t o đi u ki n d dàng cho quá trình phân riêng và tái s d ng.

Nguyên t c th 4: T i đa hi u qu v kh i l th i gian

ng, n ng l

ng, không gian và

S n ph m, quá trình c ng nh các h th ng ph i đ c thi t k sao cho s d ng đ c t i đa hi u qu c a v t ch t, n ng l ng, không gian và th i gian. Thông th ng các quá trình hay các h th ng th ng s d ng v t ch t, n ng l ng, không gian và th i gian nhi u h n m c yêu c u. k t qu là ngu n tài nguyên s b tiêu t n m t cách không c n thi t. Các công c thi t k truy n th ng th ng đ c các k s thi t k đ t ng hi u qu quá trình có th đ c áp d ng đ gi i quy t v n đ này. Ví d v n đ không gian và th i gian có th đ c xem xét k l ng t ng ng v i ngu n nguyên v t li u và n ng l ng đ h n ch ch t th i. M c khác, trong các h th ng đã đ c t i u hóa, c n ph i giám sát quá trình online đ có th đ m b o r ng h th ng đang ti p t c v n hành đi u ki n đã đ c thi t k tr c.

Khi ti n hành các ph n úng hóa h c trong thi t b ph n ng, thông th ng ch m t ph n th tích c a thi t b s d ng đ c m t cách có hi u qu . B ng cách s d ng các bi n pháp k thu t đ t ng c ng cho quá trình, ví d s d ng micro reatocr có th v n hành liên t c

39

v i m t th tích r t nh và v i hi u qu truy n nhi t c ng nh truy n kh i r t t t, có th thu đ c n ng su t cao t m t l ng nh nguyên v t li u.

Hình 2. 15. Mô hình lý t

ng cho quá trình, s n ph m và ng

i s d ng

Nguyên t c th 5: Kéo đ u ra h n là đ y đ u vào Theo nguyên lý Le Châtelier, khi cân b ng các h b pha v b i các tác đ ng bên ngoài, h t đi u ch nh đ t gi i phóng ho c bù l i các tác đ ng đó. Các tác đ ng bên ngoài đây có th là b t c y u t nào đ c áp đ t vào h , ví d nhi t đ , áp su t , hay s bi n đ i v n ng đ … mà có nh h ng đ n cân b ng gi a t c đ quá trình thu n ngh ch.

Thông th ng, m t quá trình ho c m t ph n ng có th đ c đi u khi n d đ t hi u su t cao nh t b ng cách thêm nguyên v t li u hay n ng l ng đ d ch chuy n cân b ng theo h ng t o thành nhi u s n ph m mong mu n. ph ng pháp này s tiêu t n nhi u n ng l ng c ng nh nguyên v t li u đ u vào. Có th gi i quy t v n đ này b ng cách thi t k nh ng chuy n hóa trong đó s n ph m đ u ra đ c tách ra kh i h th ng liên t c mà không c n ph i s d ng d nguyên v t li u hay n ng l ng đ u vào. M t ví d tiêu bi u cho nguyên t c này quy mô phân t là tr ng h p các ph n ng ng ng t t sinh n c, n c đ c tách liên t c ra kh i h th ng ph n ng đ d ch chuy n cân b ng theo chi u thu n k t thúc ph n ng.

M t ví d khác c a nguyên t c này: các h th ng s n xu t nên đ c thi t k sao cho s n ph m sinh ra ch c n v a đ đ đáp ng đúng lúc nhu c u c a ng i s d ng, xét v c v n đ s l ng l n ch t l ng. Ng i s d ng đây đ c hi u theo ngh a r ng, có th là khách hàng mua s n ph m, ho c là đ u vào c a m t h th ng s n xu t th hai s d ng s n ph m c a h th ng th nh t làm nguyên li u. Ph ng pháp nh v y đòi h i thi t b s n xu t, ngu n tài nguyên, ngu n nhân l c ch c n v a đ đ s n xu t ra m t l ng v a đ s n

40

ph m c n thi t ngay t i th i đi m có nhu c u. Thi t k các h th ng d a trên vi c x lý các y ut đ u ra nh v y s h n ch t i đa l ng ch t th i liên quan đ n vi c s n xu t d quá m c yêu c u, h n ch đ c các nguy c do quá trình t n tr hay v n chuy n mang l i, đ c bi t là đ i v i các hóa ch t đ c h i nguy hi m, c ng nh h n ch đ c các chi phí không c n thi t cho vi c xây d ng các kho bãi ho c các chi phí đ ki m kê l ng s n ph m t n tr .

Nguyên t c th 6: B o t n tính ph c t p S ph c t p c a s n ph m dù quy mô v mô, vi mô hay quy mô phân t , th ng là hàm s c a các chi phí n ng l ng, nguyên v t li u và th i gian. S ph c t p này ph i đ c xem xét d i t c đ c a m t đ u t khi ra quy t đ nh l a ch n ph ng án thi t k , v i m c tiêu có th thu h i và tái ch đ c nguyên v t li u t s n ph m. Các con chip silicon dùng trong máy tính là ví d c a các s n ph m có đ ph c t p cao. Vi c thu h i và tái ch nguyên v t li u t các con chip này có th s không mang l i hi u qu t t. Nhìn chung, khi ra quy t đ nh v vi c thu h i, tái s d ng hay tái ch nguyên li u, ho c là quy t đ nh v các ph ng án x lý chúng, c n ph i d a trên b ng ch t c a nguyên v t li u và n ng l ng đ c đ u t , c ng nh tính ph c t p c a s n ph m.

Nguyên t c th 7: B n h n là b t t Các s n ph m có kh n ng t n t i lâu dài h n tu i th mong mu n c a chúng th ng liên quan đ n ô nhi m môi tr ng. Các v n đ này bao g m vi c gi i quy t l ng ch t th i r n c ng nh vi c tích t các hóa ch t đ c h i khó phân h y trong môi tr ng. Các v n đ này bao g m vi c gi i quy t l ng ch t th i r n c ng nh vi c tích t các hóa ch t đ c h i khó phân h y trong môi tr ng. chính vì v y, c n ph i thi t k các s n ph m v i m t tu i th nh t đ nh đ h n ch vi c tích t lâu dài ch t th i đ c h i trong môi tr ng. tuy nhiên, chi n l c này ph i cân b ng v i vi c thi t k các s n ph m có đ b n đ đ đáp ng các yêu c u c a đi u ki n s d ng, h n ch s n ph m b khuy t t t hay không đ b n ngay trong quá trình s d ng. các bi n pháp b o trì và s a ch a h u hi u c n đ c quan tâm th c hi n đ đ m b o s n ph m đ t tu i th đúng theo thi t k ban đ u, mà không c n b sung chi phí v nguyên v t li u và n ng l ng.

B ng cách đ t ra m c tiêu s n ph m đ b n nh mong mu n nh ng không đ c tích t lâu dài sau khi th i ra môi tr ng và ph i có kh n ng t phân h y đ c, các m i nguy hi m đ i v i môi tr ng s ng c ng nh đ i v i s c kh e con ng i s đ c gi m xu ng m t cách đáng k .

Ví d s n ph m kh n v sinh s d ng m t l n th ng có bao bì làm b ng polymer không có kh n ng phân h y sinh h c. i u này gây ra nhi u khó kh n cho vi c gi i quy t l ng ch t th i r n t chúng, do các polymer này có kh n ng tích t lâu dài trong môi tr ng. m t trong nh ng gi i pháp c a v n đ này là s d ng các polymer sinh h c nh t tinh b t đ thay th , chúng có kh n ng t hòa tan hay t phân h y ngay trong ngu n n c th i dân d ng ho c n c th i công nghi p mà không đòi h i thêm các bi n pháp x lý khác.

M t ví d khác là vi c s d ng các polylactic acid có ngu n g c sinh h c trong m t s s n ph m nh a hay x s i đ thay th cho polyacrylic acid có ngu n g c d u m v n khó phân h y sinh h c.

Nguyên t c th 8: áp ng yêu c u, t i thi u d th a giai đo n thi t k , d đoán s linh đ ng c a s n ph m hay quá trình s có ý ngh a quan tr ng. Tuy nhiên, chi phí n ng l ng và v t ch t cho vi c thi t k n ng su t d th a quá m c yêu c u có th r t cao. Thông th ng đ an toàn, ng i ta có xu h ng thi t k

41

qua trình hay s n ph m cho đi u ki n v n hành x u nh t đ c d đoán, ho c t i u hóa quá trình nh ng đi u ki n nghiêm ngh t m t cách không c n thi t. Vi c thi t k nh v y cho phép quá trình hay s n ph m có th ho t đ ng t t c các đi u ki n khác nhau. i u này đòi h i ph i gi i quy t x lý nh ng ph n d th a không c n thi t mà đôi khi nh ng ph n này không h đ c th c s s d ng hay v n hành.

M t ví d cho nguyên t c này là x lý ngu n n c sinh ho t b ng chlorine. Ngu n n c t i trung tâm đ c x lý sao cho đ m b o n c đ t ch t l ng v sinh trên toàn b h th ng, cho đ n đi m s d ng xa nh t. Vì v y trong th c t , các v trí g n v i trung tâm ngu n n c, hàm l ng hóa ch t t quá trình x lý có th s cao h n m c c n thi t so v i nh ng đi m xa trung tâm. M t gi i pháp cho quá trình này là l p đ t các h th ng theo dõi đ đi u khi n hàm l ng chlorine trong su t toàn b h th ng đ ng ng. i u này s h n ch các nh h ng x u đ n s c kh e và môi tr ng do s n ph m ch a chlorine gây ra. M c dù không th thay th b ng m t h th ng x lý n c không ch a chlorine, gi i pháp này là m t c i ti n so v i các h th ng hi n t i. Chi n l c này có th áp d ng cho quá trình thi t k , đ h n ch đ c các chi phí s d ng nguyên v t li u hay n ng l ng m t cách d th a không c n thi t.

Nguyên t c th 9: T i thi u tính đa d ng c a nguyên li u Các s n ph m nh xe h i, bao bì th c ph m, máy tính, s n … ch a nhi u b ph n, thành ph n khác nhau. Trong xe h i ch ng h n, các b ph n khác nhau l i đ c ch t o t nhi u lo i nguyên li u nh a, th y tinh, kim lo i … khác nhau. Ngay trong m i lo i nguyên li u nh a, l i có nhi u ph gia khác nhau nh ch t n đ nh nhi t, ch t hóa d o, ch t ch ng cháy, ph m màu… các ph gia lo i nh a này có th khác v i ph gia lo i nh a khác.

S đa d ng này tr thành m t v n đ đáng quan tâm khi ra quy t đ nh v các gi i pháp thu h i ho c tái s d ng ho c tái ch nguyên v t li u, ví d c n ph i tách r i và phân riêng t ng lo i nguyên li u tr c khi tái ch chúng m t cách có hi u qu . S l a ch n t t nh t là h n ch t i đa s đa d ng c a nguyên v t li u khi ch t o s n ph m, nh ng ph i đ m b o đ c ch t l ng c a s n ph m đ t nh ng ch tiêu mong mu n.

M t s nhà thi t k đã đ a ra gi i pháp gi m s lo i nh a s d ng trong xe h i xu ng b ng cách phát tri n nhi u lo i polymer khác nhau có các tính n ng m i, gi m s l ng ph gia s d ng, thu n l i cho vi c thu h i tái s d ng và tái ch . Công ngh này hi n đang đ c áp d ng khi thi t k các s n ph m có c u trúc nhi u l p, ví d nh c a hay m t l p lo i b ng trong m t s d ng c thi t b . có th s d ng duy nh t m t lo i polymer đ ch t o các b ph n khác nhau. M c dù ch dung m t lo i nguyên li u, nh ng đ c ch t o và s d ng v m t k thu t theo nh ng cách khác nhau đ có nhi u tính ch t khác nhau đáp ng đ c yêu c u đ t ra. B ng cách s d ng chi n l c thi t k d a trên m t lo i nguyên li u duy nh t nh v y, không c n ph i tách r i và phân riêng t ng b ph n c a s n ph m trong quá trình thu h i tái ch .

Nguyên t c th 10: K t h p nguyên li u t i ch và dòng n ng l

ng

Các s n ph m, quá trình hay h th ng ph i đ c thi t k sao cho có th s d ng đ c n ng l ng và nguyên v t li u s n có trong thi t b , trong dây chuy n s n xu t, trong các ph ng ti n s n xu t, ngay t i khu công công nghi p ho c ngay t i đ a ph ng. B ng cách t n d ng đ c ngu n nguyên v t li u hay n ng l ng s n có, các nhu c u v vi c s n xu t ho c ti p nh n n ng l ng hay nguyên li u t n i khác đ c gi m đ n m c th p nh t. Ví d trong m t s quá trình, chi n l c này có th áp d ng d i d ng s d ng nhi t l ng sinh ra t ph n ng t a nhi t đ cung c p cho các ph n ng khác có n ng l ng ho t hóa cao đòi h i ph i c p nhi t. các s n ph m ph sinh ra t các ph n ng hóa h c hay t quá

42

trình trách và tinh ch c ng nh đ ph n ng sau đó.

c s d ng làm nguyên li u cho m t s quá trình hay

Các h th ng đ ng th i s n xu t n ng l ng có th đ c s d ng đ ti t ki m chi phí nâng cao hi u qu quá trình, ví d các h th ng trong đó đi n n ng và h i n c đ c s n xu t ra đ ng th i. m t ví d khác c a nguyên t c này là tr ng h p các h th ng phanh gi m t c m t s đ ng c đi n. khi h th ng phanh gi m t c ho t đ ng, m t l ng nhi t đ c sinh ra. L ng nhi t này có th chuy n hóa thành đi n n ng, n p vào h th ng pin c a đ ng c , gi m đ c tiêu t n chi phí tiêu t n cho h th ng pin. Nh v y, b ng cách xem xét c c u n ng l ng và nguyên v t li u c a h th ng bên c nh, ho c m t s b ph n ngay trong h th ng đang xét, có th gi m đ c nhi u chi phí cho h th ng ho t đ ng, và c ng gi m đ c chi phí gi i quy t v n đ ch t th i các h th ng liên quan.

Nguyên t c th 11: Thi t k ph i quan tâm đ n giá tr sau khi hoàn thành ch c n ng s d ng Trong r t nhi u tr ng h p, s n ph m không còn đ c s d ng vì lý do l i th i v m t công ngh ho c không còn h p th i, ch không ph i vì ch t l ng không đ m b o ho c không còn v n hành đ c. gi m l ng ch t th i, các b ph n hay thành ph n còn giá tr s d ng, còn ho t đ ng t t c n đ c thu h i đ tái s d ng, nâng c p c u hình tái s d ng cho s n ph m th h ti p theo. Chi n l c này khuy n khích vi c đi u ch nh quá trình thi t k đ gi m nhu c u s d ng và s lý gia công nguyên v t li u m i, b ng cách thi t k các s n ph m th h sau d a trên các b ph n hay thành ph n đ c thu h i có tính n ng đã bi t.

B ng cách quan tâm đ n các giá tr c a s n ph m sau khi đ hoàn thành ch c n ng s d ng ngay trong chi n l c thi t k ban đ u, thay vì ch đ n lúc s n ph m không còn đ c s d ng m i quan tâm đ n v n đ này, các quá trình, sàn ph m, hay h th ng có th đ c thu h i v i giá tr cao nh t d i d ng các thành hay b ph n còn ho t đ ng t t. trong nhi u tr ng h p, đi n tho i di đ ng, máy tính xách tay , m t s d ng c k thu t s không còn đ c a chu ng s d ng do ki u dáng không còn phù h p ho c do nh ng c i ti n v công ngh . Tuy nhiên nhi u b ph n trong các d ng c thi t b này v n còn ho t đ ng t t, và do đó v n còn giá tr . Thi t k các s n ph m có kh n ng thu h i và tái s d ng, các b ph n c a chúng s gi m b t gánh n ng x lý ch t th i sau khi đã hoàn thành ch c n ng s d ng, c ng nh h n ch vi c s n xu t l p l i m t s b ph n cho s n ph m th h ti p theo.

Nguyên t c th 12: Tái t o h n là c n ki t B n ch t t nhiên c a nguyên v t li u và n ng l ng có th là y u t quy t đ nh đ n tính b n v ng c a s n ph m, quá trình hay h th ng liên quan. Ngu n nguyên v t li u, n ng l ng cho dù ho c có kh n ng tái t o, ho c đang b c n ki t s có nh h ng r t l n. t t c ngu n tài nguyên mà không ph i là vô t n s ngày m t b c n ki t khi đ c tiêu th và s d ng. Và theo đ nh ngh a c a s phát tri n b n v ng đó ch c ch n không ph i là ngu n n ng l ng, nguyên v t li u có tính b n v ng. thêm vào đó, mu n s d ng các ngu n tài nguyên hóa th ch c n ph i s d ng các quá trình khai phá m t cách l p l i liên t c, đi u này s liên t c nh h ng x u đ n môi tr ng s ng.

43

Hình 2. 16. Các ngu n n ng l

ng tái t o

i v i các ngu n tài nguyên có kh n ng tái t o, các quá trình khai thác có nh h ng x u t i môi tr ng s không c n thi t nh tr ng h p ngu n tài nguyên hóa th ch, ho c đ c gi m, đ n m c th p nh t. Thông th ng, các ngu n v t li u có ngu n g c sinh h c s đ c x p vào ngu n tài nguyên có kh n ng tái t o. Tuy nhiên, ch t th i t m t quy trình s n xu t n u có th thu h i và s d ng làm nguyên li u cho m t quy trình s n xu t khác mà v n không m t giá tr thì v n có th đ c xem là có kh n ng tái t o đ c trên quan đi m phát tri n b n v ng. M t s ví d c a nguyên t c này là tr ng h p s d ng sinh kh i đ s n xu t nguyên li u ho c s d ng các lo i nguyên li u polymer có ngu n g c sinh h c trong m t s s n ph m hay b ph n làm t nh a.

Hình 2. 17. N ng l

ng tiêu th toàn th gi i phân b theo ngu n n m 2013

44

Hình 2. 18. T l n ng l

ng sinh h c trong n ng l

ng tiêu th toàn th gi i

B ng cách s d ng 12 nguyên t c c a k thu t xanh nh là m t b khung c a các ho t đ ng, có th th ng nh t ý ki n c a các nhà thi t k quy mô phân t , nguyên v t li u, b ph n, s n ph m, hay quy mô h th ng ph c t p d a trên m t ngôn ng chung và m t ph ng pháp chung. Các nguyên t c này không ch đ n gi n là m t danh m c các m c tiêu, mà là m t h th ng ph ng pháp nh m đ t t i m c tiêu thi t k xanh và b n v ng. Do nhi u nguyên nhân khác nhau nh nguyên nhân v kinh t , thói quen, đi u ki n th c t …, tr c m t c n ph i t i u hóa các s n ph m, quy trình, h th ng ch a có tính b n v ng mà hi n t i đang ho t đ ng. ây ch là gi i pháp t m th i tr c m t, và các nguyên t c c a k thu t xanh s cung c p c s quan tr ng đ th c hi n gi i pháp này. B ng cách thi t k l i toàn b h th ng, xác đ nh l i và đánh giá l i toàn b v n đ t quy mô phân t đ n quy mô h th ng, có th phát huy tác d ng c a các nguyên t c c a k thu t xanh đ đ t đ c m c đích l i ích b n v ng.

Trên lý thuy t, kinh t nguyên t (atom economy) là m t nguyên t c c n b n đ th c hi n hóa h c xanh đã đ c GS Burry Trost, đ i h c Stanford g i ý vào n m 1991. D a theo quan ni m trên, ph ng pháp t ng h p nguyên t s đ c áp d ng tri t đ đ hoàn thành s n ph m sau cùng. T đó có th ki m soát đ c l ng “nguyên t nguyên li u” và “nguyên t s n xu t”. Theo nguyên t c n y, thì trong quá trình s n xu t s n ph m s không có ph ph m (by-product). Thí d nh trong quá trình c đi n, vi c s n xu t thu c di t c 2,4,5-T đ sinh s n ra m t ph ph m n i ti ng là TC hay Dioxin. V n đ m u ch t c a vi c t ng h p trên là làm th nào đo l ng “nguyên t nguyên li u” cho công cu c t ng h p. Và đây c ng là đi m đen trong cu c cách m ng xanh n y.

2.3. Nh ng thành t u nghiên c u và ng d ng c a hóa h c xanh Tuy là m t ngành khoa h c m i m nh ng hóa h c xanh đã có r t nhi u nghiên c u mang tính đ t phá và đ c ng d ng r ng rãi trong s n xu t c a nhi u lãnh v c công nghi p t hóa ph m, d c ph m đ n đ dùng gia đình vì m c tiêu b o đ m phát tri n b n v ng và nâng cao ch t l ng cu c s ng c a con ng i. EPA và Vi n Hóa h c xanh thu c ACS (M ) đã đóng m t vai trò quan tr ng trong vi c thúc đ y nghiên c u và giáo d c v phòng ch ng ô nhi m và gi m các ch t đ c trong ba th p k qua. Các chính ph và c ng đ ng khoa h c trên toàn th gi i đã nh n ra r ng vi c ti n hành công ngh xanh không ch

45

d n đ n m t hành tinh s ch h n và phát tri n b n v ng h n mà còn mang l i nhi u l i ích kinh t v i nhi u tác đ ng xã h i tích c c khác. Chính vì th chính ph các n c và nhi u doanh nghi p đã h tr s nghiên c u phát tri n các s n ph m và quy trình b n v ng.

N m 2005, gi i Nobel v hóa h c đ c trao cho ba nhà khoa h c Yves Chauvin, Robert H. Grubbs và RR Schrock v i nghiên c u “ph ng pháp chuy n v trong t ng h p h u c ”. Nghiên c u này đã là b c ti n l n h ng v hóa h c xanh trong vi c s d ng ít n ng l ng, ph n ng x y ra n đ nh nhi t đ và áp su t bình th ng, có th s d ng k t h p v i các dung môi xanh h n và ít ch t th i đ c h i b ng con đ ng t ng h p thông minh h n.

N m 2012, Elevance đã giành gi i th ng Thách th c Hóa h c Xanh c a T ng th ng (Presidential Green Chemistry Challenge Award) b ng cách s d ng ph n ng trao đ i đ b gãy các liên k t trong d u t nhiên và tái k t h p các m nh v thành các hóa ch t có nhi u ng d ng quan tr ng đ s n xu t ch t t y r a d ng n c s d ng trong môi tr ng l nh có tính r a t t h n và gi m đ c chi phí n ng l ng. s n xu t chip máy tính c n s d ng nhi u hóa ch t, n c và n ng l ng. Trong m t nghiên c u ti n hành n m 2003, c tính chi phí c a các ngành công nghi p hóa ch t và nhiên li u d u m c n đ s n xu t m t con chip máy tính là t l 630: 1. s n xu t m t chi c ô tô t l này là 2: 1. Các nhà khoa h c t i Phòng thí nghi m Qu c gia Los Angeles đã phát tri n m t quá trình s d ng CO2 siêu t i h n trong m t trong nh ng b c chu n b s n xu t chip và làm gi m đáng k s l ng các hóa ch t, n ng l ng và n c c n thi t.

Richard Wool, c u giám đ c c a Affordable Composites t ch ng trình Các ngu n tái t o (ACRES) c a i h c Delaware đã tìm ra ph ng pháp s d ng lông gà đ ch t o các chip máy tính! Các protein và các ch t s ng trong lông đ c chuy n thành d ng s i nh nh ng đáp ng đ c tính b n nhi t và b n c h c. K t qu là bo m ch in làm t lông gà có t c đ x lý nhanh g p hai l n bo m ch truy n th ng. M c dù công ngh này v n còn trong trong quá trình th ng m i hóa nh ng nghiên c u này đã d n đ n vi c nghiên c u ng d ng khác c a lông v nh là ngu n nguyên li u tái t o k c nhiên li u sinh h c.

Hình 2. 19. Lông gà đ

c nghiên c u s d ng làm nguyên li u s n xu t bo m ch đi n t

Các ngành công nghi p d c ph m liên t c tìm cách đ phát tri n các lo i thu c ít đ c h i c a tác d ng ph và s d ng các quy trình s n xu t ít ch t th i nguy h i. Merck và Codexis đã t ng h p th h th hai c a sitagliptin là ho t ch t trong JanuviaTM, m t lo i thu c tr b nh ti u đ ng lo i 2 b ng s k t h p v i quá trình enzyme không s d ng xúc tác kim lo i, làm gi m ch t th i, hi u su t cao và an toàn. Các lo i xúc tác sinh h c m i s ti p t c đ c nghiên c u trong vi c s n xu t các lo i thu c khác. Ví d thu c Simvastatin th ng hi u Zocor®, là thu c hàng đ u đ đi u tr cholesterol cao. Ph ng pháp truy n

46

th ng nhi u b c s d ng m t l ng l n c nguyên li u và ch t th i đ u đ c h i. Giáo s Yi Tang thu c i h c California đã nghiên c u thành công xúc tác enzyme công nghi p t ng h p lovastatin là thành ph n c a Simvastatin v i nguyên li u giá th p, gi m ch t th i, hi u qu cao, quy trình đ n gi n, ph n ng đi u ki n th ng, không s d ng dung môi.

M t s công ty đã nghiên c u phát tri n các lo i nh a làm t nguyên li u tái t o, có kh n ng phân h y sinh h c. NatureWorks Minnesota đã nghiên c u thành công h p đ ng th c n (th ng hi u Ingeo) b ng polylactic t tinh b t ngô thay cho nguyên li u t d u m . Công ty đang nghiên c u ngu n nguyên li u m i t ch t th i nông nghi p. Công ty BASF phát tri n màng polyeste ("Ecoflex®) t tinh b t s n và canxi carbonat có kh n ng t o thành phân ,. tan rã hoàn toàn thành n c, CO2 và sinh kh i trong các h th ng tr n phân công nghi p. Màng không b đâm th ng hay xé rách, không th m n c, có tính đàn h i và có th in n. S d ng các túi polyeste sinh h c nh túi nh a thông th ng trong b p hay đ ng rác sân v n, nó s nhanh chóng phân h y trong h th ng phân c a thành ph .

Hình 2. 20. Màng polyeste sinh h c t tinh b t có th phân h y thành phân S n xu t s n alkyd có ngu n g c t d u th i ra m t l ng l n các h p ch t h u c d bay h i (VOCs) có tác đ ng x u đ n môi tr ng và s c kh e con ng i. Công ty Procter & Gamble và Cook Composites and Polymers đã nghiên c u thành công s n Chempol® MPS là h n h p c a d u đ u nành và đ ng thay th s n có ngu n g c t nhiên li u hóa th ch và dung môi, c t gi m 50 % ch t bay h i đ c h i. Sherwin - Williams phát tri n s n alkyd acrylic d a trên n c v i các VOCs phân t th p mà có th làm t chai nh a soda tái ch (PET), acrylic, và d u đ u nành. N m 2010, Sherwin - Williams đã s n xu t s n m i các lo i gi m h n 800.000 b ng Anh hay 362.874 kg VOCs.

Hình 2. 21. Nhóm Sherwin – William đã nghiên c u s n t n

c v i d u đ u nành

47

ol

2.4.

ng m c đ xanh

2.3.1. Ti t ki m nguyên t A.E Thông s ti t ki m nguyên t dùng đ đánh giá hi u qu c a ph n ng. A.E càng l n càng ít ch t th i. D a vào k t qu A.E ng i ta s ti n hành thi t k và l a ch n ph ng pháp, tác ch t, dung môi, xúc tác có hi u qu cao, ít ch t th i.Ví d

H3C CH2 + 2HOCl + 2Ca(OH)2 H

H 3C

Xt

H3C 2 H

CH2 O

H3C CH2 +

CH2 + H2O2 H

H

+ CaCl2 + 2H2O

H 2O

O

M t s ph n ng ít có tính ti t ki m nguyên t nh ph n ng th , ph n ng kh

CH3

CH3 OH + HCl

H 3C

36,5 g/mol

%A. E =

t-BuO-K H

Cl + H2O CH3

CH3 74 g/mol

H 3C

92,5 g/mol

92,5 . 100 = 83,7% (74 + 36,5)

CH3

CH3 + t-BuO-H + KBr

Br %A. E =

42 . 100 = 17,9% (112 + 122)

2.3.2. E-factor Ch t th i t quá trình bao g m dung môi b m t đi và ch t th i ch a tính đ n dung môi thông d ng là n c ho c dung d ch ch t vô c thân thi n v i môi tr ng. Ch s E giúp nhanh chóng đánh giá m c đ v n đ ch t th i.

48

E

factor =

E

factor =

kh i l ng ch t th i sinh ra(kg) kh i l ng s n ph m(kg) kh i l

ng (nguyên li u s n ph m)(kg) kh i l ng s n ph m(kg)

Ví d :

3

O

OH

+ 2CrO3 + 3H2SO4 CH3

Ph

Ph

+ Cr(SO4)3 + 6H2O CH3

A.E = 42 % và E-factor = 1,5

3

OH

Ph

+ 0,5O2

O

Xt Ph

CH3

+ H2O CH3

A.E = 87 % và E-factor = 0,1 2.3.3. Hi u su t kh i l

ng hi u d ng

Hi u su t kh i l ng hi u d ng (Effective mass yield) vi t t t là EMY. Khi A.E và Efactor không xác đ nh đúng v s b n v ng c a ph n ng thì dùng EMY đ phân bi t ph n ng thân thi n v i môi tr ng. EMY t p trung vào ch t th i và đánh giá m c đ đ c c a các ch t trong ph n ng và ph thu c vào phân lo i các ch t nguy hi m. EMY đ n gi n th ng s d ng đ đánh giá m c đ xanh.

EMY = Ví d :

kh i l ng s n ph m(kg) kh i l ng các ch t nguy hi m(kg)

37g butanol, 60 g acetic acid b ng và 3 gi t H2SO4 đ c tr n l n v i nhau. H n h p sau ph n ng đ c rót vào 250 mL n c. L p h u c đ c tách ra và r a l n l t v i 100 mL n c, 25 mL NaHCO3 b o hòa và 25 mL n c. Este thô đ c làm khô v i 5g Na2SO4 khan sau đó ch ng c t thu đ c 40 g este tinh khi t. Tính các thông s xanh c a ph n ng và nh n xét.

O OH + CH3CO2H 74 g/mol

60 g/mol

Thông s

O 116 g/mol

Giá tr

+ H 2O 18 g/mol xanh

Hi u su t

69 %

Trung bình

A.E

86 %

T t có s n ph m ph là n

c

49

Thông s

Giá tr

xanh

E-factor

462 = 12,2 40

Kém

EMY

40 . 100 = 108% 37

R tt t

TÀI LI U THAM KH O

[1]. Phan Thanh S n Nam, Hóa h c xanh, NXB HQG TPHCM, (2014).

[2]. Mike Lancaster, Green Chemistry: An Introductory Text, The Royal Society of Chemistry, (2012).

[3]. Mukesh Doble, Anil Kumar Kruthiventi, Green Chemistry and Processes, Elsevier, (2007).

[4]. James Clark, Duncan Macquarrie, Handbook of Green Chemistry And Technology, Backwell, (2002).

1.

Paul T. Anastas and Julie B. Zimmerman, Through the 12 rinciples Green engineering, Environmental science & technology, 1, 95-101 (2003).

GHI CHÚ

........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................

50

CH NG 3 Đánh giá vòng đ i s n ph m (LCA) 3.1.

nh ngh a và ng d ng c a ph

ng pháp đánh giá vòng đ i s n ph m (LCA)

Ý th c môi tr ng t ng lên, các ho t đ ng công nghi p và kinh doanh đ c đánh giá là nh h ng đ n môi tr ng. Các ho t đ ng xã h i liên quan đ n phát tán, suy gi m tài nguyên và thoái hóa môi tr ng. Nhi u ng i kinh doanh có ý th c b ng cách chu n b “ s n ph m và quá trình “xanh”. S n ph m và quá trình hoàn thi n môi tr ng là chìa khóa c a v n đ . Nhi u công ty ti n hành nghiên c u cách làm nh h ng nh nh t đ n môi tr ng. Nhi u công ty tìm th y cách c n tr ô nhi m t xa và h th ng qu n lý đ c i thi n môi tr ng. M t trong công c đó là LCA (toàn b vòng đ i c a m t s n ph m). ánh giá vòng đ i ng d ng đ đánh giá h th ng công nghi p. B t đ u v i thu th p nguyên li u thô đ t o ra s n ph m và đi m k t thúc khi tr v trái đ t. LCA đánh giá các giai đo n c a s n ph m t cách nhìn. S ho t đ ng ph thu c vào b c k ti p. LCA cho phép đánh giá k t qu tác đ ng tích l y vào môi tr ng t t t c giai đo n c a vòng đ i s n ph m (xu t nguyên li u thô, chuy n nguyên li u, s n ph m và cu i cùng là v t b ). LCA cung c p t m nhìn t ng quát nh h ng bên ngoài môi tr ng c a s n ph m ho c quá trình trong l a ch n s n ph m và môi tr ng Thu t ng "vòng đ i" đ c p đ n các ho t đ ng ch y u trong quá trình c a s n ph m t s n xu t, s d ng, b o trì và cu i cùng là th i. bao g m c vi c mua nguyên li u c n thi t đ s n xu t các s n ph m. c bi t LCA là m t k thu t đ đánh giá các khía c nh và tác đ ng ti m tàng đ n môi tr ng. c bi t LCA là m t k thu t đ đánh giá các khía c nh và tác đ ng ti m tàng đ n môi tr ng.

51

Hình 3. 1. Các giai đo n vòng đ i c a s n ph m LCA là m t h th ng g m 4 giai đo n: - M c tiêu đ nh ngh a và ph m trù: xác đ nh và mô t s n ph m, quá trình ho c ho t đ ng. Thi t l p tình hu ng trong đó là đánh giá th c hi n và xác đ nh ranh gi i và nh h ng môi tr ng cho đánh giá.

- Phân tích ki m kê: xác đ nh và đ nh l ng n ng l ng, n th i môi tr ng (khí th i, ch t th i r n, n c th i) -

c, v t ch t s d ng và ch t

ánh giá tác đ ng: đánh giá ti m n ng con ng i và nh h ng sinh thái c a n ng l ng, n c, v t ch t s d ng và xác đ nh ch t th i môi tr ng trong phân tích ki m kê.

- Gi i thích - ánh giá k t qu phân tích ki m kê và đánh giá tác đ ng đ l a ch n s n ph m phù h p, quá trình ho c d ch v v i m t s hi u bi t rõ ràng v các gi đ nh đ c s d ng đ t o ra các k t qu .

Hình 1.3. Các b

c c a LCA

ánh giá vòng đ i bao g m t t c các quy trình và ch t th i môi tr ng b t đ u v i vi c khai thác nguyên li u và s d ng n ng l ng s n đ t o ra các s n ph m t đ u đ n cu i. Khi quy t đ nh gi a hai hay nhi u l a ch n, LCA có th so sánh t t c các tác đ ng chính đ n môi tr ng gây ra b i các s n ph m, d ch v giúp đ a ra quy t đ nh đúng.

LCA có th giúp đ a ra quy t đ nh l a ch n s n ph m ho c quá trình mà k t qu tác đ ng ít nh t đ n môi tr ng. Thông tin này có th đ c s d ng v i các y u t khác, ch ng h n nh chi phí và d li u ho t đ ng đ l a ch n m t s n ph m ho c quy trình. D li u LCA xác đ nh vi c tác đ ng môi tr ng t m t ph ng ti n khác (ví d : lo i b khí th i b ng cách t o ra m t n c th i thay th ) ho c t m t giai đo n c a vòng đ i (ví d : t vi c s d ng và tái s d ng các s n ph m thu l i t o ra nguyên li u thô). N u m t LCA không đ c th c hi n, vi c chuy n nh ng không đ c công nh n vì nó n m ngoài ph m vi c a quá trình l a ch n s n ph m.

LCA cho phép m t nhà s n xu t quy t đ nh đ nghiên c u toàn b h th ng s n ph m đ tránh k t qu kém t i u n u ch có m t quá trình duy nh t là tr ng tâm c a nghiên c u.

Ví d , khi l a ch n gi a hai s n ph m c nh tranh. Ph ng án 1 là t t h n cho môi tr ng vì nó t o ra ít ch t th i r n h n ph ng án 2. Tuy nhiên, sau khi th c hi n m t LCA xác đ nh r ng l a ch n đ u tiên th c s t o ra tác đ ng môi tr ng ít h n khi đo trên t t c ba môi

52

tr ng (không khí, n c, đ t). Do đó, ph ng án th hai (s n xu t ch t th i r n) gây t n h i môi tr ng h n so v i ph ng án 1. Các tài li u này đ theo dõi và thay đ i tác đ ng giúp các nhà ho ch đ nh qu n lý đ y đ tác đ ng đ n môi tr ng liên quan đ n s n ph m ho c quá trình l a ch n thay th .

Khi th c hi n m t LCA, các nhà phân tích có th : - Xây d ng m t h th ng đánh giá các h u qu môi tr nh t đ nh.

ng liên quan đ n m t s n ph m

- Phân tích môi tr ng liên quan v i m t ho c nhi u s n ph m / quy trình c th và các bên liên quan (nhà n c, c ng đ ng, ..vv) đ ch p nh n cho m t hành đ ng theo k ho ch.

-

nh l ng ch t th i môi tr đo n ho c t ng quá trình

ng vào không khí, n

- H tr trong vi c thay đ i đáng k tác đ ng môi tr -

c và đ t liên quan đ n t ng giai ng gi a các giai đo n.

ánh giá tác đ ng vào con ng i và sinh thái c a các v t ch t và ch t th i môi tr đ n c ng đ ng đ a ph ng, khu v c và th gi i.

ng

- So sánh s c kh e và tác đ ng sinh thái gi a các hai ho c nhi u s n ph m / quy trình ho c xác đ nh nh h ng c a m t s n ph m ho c quy trình c th .

- Xác đ nh tác đ ng đ n m t ho c nhi u l nh v c môi tr 3.2.

ng c th

L ch s phát tri n c a LCA

ánh giá Vòng đ i (LCA) b t đ u n m 1960. Lo ng i v nh ng h n ch c a nguyên v t li u và các ngu n n ng l ng gây ra, quan tâm đ n vi c tìm ki m, cung c p, tích l y, s d ng n ng l ng, tài nguyên cho t ng lai. M t trong nh ng n ph m đ u tiên c a đ tài này, Harold Smith đã báo cáo v nhu c u n ng l ng tích l y cho vi c s n xu t các ch t trung gian hóa h c và các s n ph m t i H i ngh n ng l ng th gi i n m 1963.

Sau n m 1960, mô hình nghiên c u đ c công b toàn c u The Limits to Growth (Meadows và c ng s 1972) và A Blueprint for Survival (Goldsmith và c ng s 1972) d n đ n d đoán v tác đ ng c a thay đ i dân s c a th gi i v nhu c u đ i v i nguyên li u và các ngu n n ng l ng. Các d đoán cho s suy gi m nhanh chóng c a các lo i nhiên li u hóa th ch và thay đ i khí h u t khí th i v t quá tính toán. Trong th i gian này, kho ng m i nghiên c u đ c th c hi n đ c tính chi phí và tác đ ng môi tr ng c a các ngu n n ng l ng thay th .

N m 1969, các nhà nghiên c u b t đ u nghiên c u n i b cho Công ty Coca-Cola đã đ t n n t ng cho các ph ng pháp hi n t i c a vòng đ i phân tích ki m kê Hoa K .

Trong so sánh thùng ch a n c gi i khát khác nhau đ xác đ nh th p nh t ch t th i môi tr ng và nh h ng đ n ngu n cung c p tài nguyên thiên nhiên, nghiên c u này đánh giá nh ng nguyên li u và nhiên li u s d ng cho quá trình s n xu t cho m i thùng ch a. Các công ty khác c Hoa K và Châu Âu th c hi n vòng đ i phân tích ki m kê so sánh t ng t đ u nh ng n m 1970.

Quá trình đ nh l ng vi c s d ng tài nguyên và ch t th i môi tr ng c a s n ph m này đ c bi t đ n trong h s phân tích tài nguyên môi tr ng (Repa) t i Hoa K . châu Âu, nó đ c g i là m t Ecobalance. V i s hình thành c a các nhóm l i ích công c ng khuy n khích ngành công nghi p đ m b o tính chính xác c a thông tin đ n công c ng v

53

tình tr ng thi u d u trong đ u nh ng n m 1970, kho ng 15 repas đ c th c hi n t n m 1970 đ n n m 1975. Thông qua giai đo n này, ngh đ nh th ho c ph ng pháp nghiên c u chu n đ c ti n hành và phát tri n. Ph ng pháp này liên quan đ n m t s gi đ nh. Trong nh ng n m đó, các gi đ nh và các k thu t s d ng tr i qua đánh giá đáng k EPA v i đ i di n là các ngành công nghi p l n, k t qu là các ph ng pháp h p lý và đ c phát tri n.

T n m 1975 đ n đ u n m 1980, quan tâm đ n các nghiên c u toàn di n suy y u do nh h ng c a cu c kh ng ho ng d u, v n đ môi tr ng chuy n sang các v n đ v qu n lý ch t th i nguy h i và ch t th i h gia đình. Tuy nhiên, trong su t th i gian này, phân tích ki m kê vòng đ i v n ti p t c đ c ti n hành và các ph ng pháp c i thi n thông qua kho ng hai nghiên c u m i n m, h u h t t p trung vào nhu c u n ng l ng. Trong th i gian này, m i quan tâm l n c a châu Âu v i vi c thành l p m t c c Môi tr ng (DG X1) c a y ban châu Âu. các h c viên LCA châu Âu đã phát tri n cách ti p c n song song v i nh ng ng i đ c s d ng t i Hoa K . Bên c nh vi c tiêu chu n hóa các quy đ nh ô nhi m trên kh p châu Âu.

Khi ch t th i r n đã tr thành m t v n đ toàn c u trong n m 1988, LCA l i n i lên nh m t công c đ phân tích các v n đ môi tr ng. Quan tâm đ n t t c các khu v c nh h ng đ n tài nguyên và môi tr ng phát tri n, ph ng pháp lu n LCA là m t l n n a đ c c i thi n. M t c s r ng l n c a các chuyên gia và các nhà nghiên c u trên toàn c u đã đ c ti p t c hoàn thi n và m r ng các ph ng pháp lu n. S c n thi t ph i v t qua ki m kê đánh giá tác đ ng đã mang l i cho ph ng pháp m t s ti n b (SETAC 1991; SETAC n m 1993; SETAC 1997).

Trong n m 1991, nh ng lo ng i v vi c s d ng LCA không phù h p đ m r ng th tr ng đ c th c hi n b i các nhà s n xu t s n ph m d n đ n m i m t bang M lên án vi c s d ng các k t qu LCA đ qu ng bá s n ph m cho đ n khi các ph ng pháp th ng nh t đ th c hi n vi c đánh giá này đ c ch p thu n và phát tri n đ so sánh môi tr ng.

Hành đ ng này, cùng v i áp l c t các t ch c môi tr ng khác đ chu n hóa ph ng pháp LCA, d n đ n s phát tri n c a các tiêu chu n LCA trong T ch c tiêu chu n qu c t (ISO) 14000 (n m 1997 đ n 2002). Trong n m 2002, Ch ng trình Môi tr ng Liên H p Qu c (UNEP) gia nh p l c l ng v i Hi p h i các ch t đ c môi tr ng và Hóa h c (SETAC). Ba ch ng trình m c tiêu c a Sáng ki n trong vi c đ t suy ngh vòng đ i vào th c t và c i thi n các công c h tr t t h n thông qua các d li u và các ch s . Qu n lý vòng đ i (LCM) ch ng trình t o ra nh n th c và c i thi n k n ng c a ng i ra quy t đ nh b ng các tài li u thông tin s n xu t, thi t l p các di n đàn đ chia s th c hành và th c hi n đào t o ch ng trình t t c các n i trên th gi i. Vòng đ i ki m kê (LCI) ch ng trình c i thi n truy c p toàn c u đ minh b ch, ch t l ng d li u vòng đ i b ng cách l u tr và t o đi u ki n cho các nhóm chuyên gia mà công vi c cho k t qu trong h th ng thông tin d a trên web. Ch ng trình đánh giá tác đ ng vòng đ i (LCIA) làm t ng ch t l ng b ng cách thúc đ y s trao đ i quan đi m gi a các chuyên gia.

3.3.

H n ch c a vi c th c hi n LCA

Th c hi n m t LCA tùy thu c vào tính toàn di n c a d li u thu th p có th nh h ng đáng k đ chính xác c a k t qu cu i cùng. Vì v y, đi u quan tr ng là ph i xem xét tính s s n có c a d li u, th i gian c n thi t đ ti n hành nghiên c u và các ngu n tài chính c n thi t đ i v i nh ng l i ích d ki n c a LCA. LCA s không xác đ nh s n ph m ho c chi phí cho quá trình là hi u qu nh t hay làm vi c t t nh t. Do đó, thông tin phát tri n trong m t nghiên c u LCA nên đ c s d ng nh

54

m t thành ph n c a m t quá trình ra quy t đ nh toàn di n h n vi c đánh giá các chi phí và hi u su t.

Qu n lý vòng đ i (LCM) là ng d ng c a xem xét vòng đ i v i m c đích đ qu n lý t ng vòng đ i c a s n ph m và d ch v . H ng s n xu t b n v ng c a m t t ch c. Nó là m t khuôn kh các khái ni m và k thu t đ gi i quy t v n đ môi tr ng, kinh t , công ngh và xã h i c a các s n ph m, d ch v và các t ch c. LCM nh b t k mô hình qu n lý khác, đ c áp d ng trên c s t nguy n và đ c thích nghi v i nhu c u và đ c đi m c a các t ch c cá nhân (SETAC 2004) c th .

M t LCA giúp xác đ nh s cân b ng môi tr ng ti m n ng. Tuy nhiên, k t qu tác đ ng, đánh giá ph i đ c áp d ng b i các y viên c a nghiên c u. i u này có th đ c th c hi n theo nhi u cách khác nhau nh thông qua vi c s d ng m t nhóm chuyên gia, nh ng nó không th đ c th c hi n hoàn toàn d a vào khoa h c t nhiên.

3.4.

Ph

ng pháp LCA

3.4.1. M c tiêu đ nh ngh a và ph m trù Là giai đo n c a quá trình LCA nh m xác đ nh m c đích và ph ng pháp bao g m tác đ ng vòng đ i đ n môi tr ng vào quá trình ra quy t đ nh. Trong giai đo n này, các m c sau đây ph i đ c xác đ nh: các lo i thông tin cho quá trình ra quy t đ nh, làm th nào các k t qu ph i đ c t ng thêm giá tr và làm th nào các k t qu c n đ c gi i thích và hi n th đ có ý ngh a và có th s d ng.

Quá trình LCA có th đ c s d ng đ xác đ nh tác đ ng môi tr ng ti m n ng t b t k s n ph m, quá trình ho c d ch v . nh ngh a m c tiêu và xác đ nh ph m vi c a d án LCA xác đ nh th i gian và ngu n l c c n thi t. M c tiêu và ph m vi quy đ nh s h ng d n toàn b quá trình đ đ m b o r ng các k t qu có ý ngh a nh t thu đ c. M i quy t đ nh th c hi n trong su t đ nh ngh a m c tiêu và tác đ ng Ph m vi giai đo n m t trong cách nghiên c u này s đ c ti n hành hay s liên quan c a k t qu cu i cùng. Ph n sau đây xác đ nh các quy t đ nh ph i đ c th c hi n ngay t đ u c a nghiên c u LCA và tác đ ng c a các quy t đ nh v quy trình LCA. Sáu b c c b n sau đây c n đ c th c hi n ngay t đ u c a quá trình LCA đ làm cho hi u qu s d ng th i gian và ngu n l c: B

c 1: Xác đ nh m c tiêu c a d án

LCA là m t công c linh ho t đ đ nh l ng các tác đ ng (t đ u đ n k t thúc) môi tr ng t ng th t m t s n ph m, quá trình ho c d ch v . M c tiêu chính là đ l a ch n s n ph m t t nh t, quá trình ho c d ch v có hi u qu nh t đ i v i s c kh e con ng i và môi tr ng. Ti n hành LCA c ng có th giúp s phát tri n c a s n ph m m i, quy trình, ho c các ho t đ ng nh m gi m tài nguyên và khí th i.

B

c 2: Xác đ nh lo i thông tin là c n thi t đ thông báo cho ng

i ra quy t đ nh

LCA có th giúp tr l i m t s câu h i quan tr ng. Xác đ nh các câu h i mà các nhà s n xu t quy t đ nh quan tâm s giúp xác đ nh các thông s nghiên c u.

B

c 3: Xác đ nh các yêu c u đ c bi t

Ngay t đ u c a m i nghiên c u, m c đ đ c hi u ph i đ c quy t đ nh. Trong m t s tr ng h p, m c này s đ c rõ ràng t các ng d ng ho c m c đích s d ng c a thông tin. Trong nh ng tr ng h p khác, có th có m t s tùy ch n đ l a ch n, t m t nghiên

55

c u hoàn toàn chung đ m t trong đó là s n ph m c th trong t ng chi ti t. H u h t các nghiên c u r i vào đâu đó gi a.

M t LCA có th đ c hình dung nh là m t t p h p các ho t đ ng có liên k t đ mô t s sáng t o, s d ng và x lý cu i cùng c a s n ph m ho c v t li u quan tâm. m i giai đo n chu k s ng, các nhà phân tích nên b t đ u b ng cách tr l i m t lo t các câu h i: S n ph m hay h th ng trong giai đo n chu k s ng c th cho m t công ty, ho t đ ng s n xu t? Ho c dùng các s n ph m ho c h th ng đ i di n cho các s n ph m thông th ng ho c các h th ng th ng đ c tìm th y trên th tr ng và s n xu t, đ c s d ng b i m t s công ty?

Câu h i nh v y giúp xác đ nh xem d li u thu th p đ c cho vi c ki m kê ph i đ c c th cho m t công ty ho c c s s n xu t, hay các d li u c n đ c t ng quát h n đ đ i di n cho ho t đ ng công nghi p chung.

Ph n ng thích h p cho nh ng câu h i th ng d a vào vi c các chu k cu c s ng đang đ c th c hi n đ s d ng trong t ch c ho c cho m c đích công c ng h n. Kh n ng ti p c n d li u s n ph m ho c c s c th c ng có th là m t y u t . M t công ty có th đ c quan tâm nhi u h n trong vi c ki m tra công th c riêng c a mình và ho t đ ng l p ráp, trong khi m t nhóm ngành ho c c quan chính ph có th quan tâm nhi u h n trong vi c mô t th c t toàn ngành công nghi p. LCA có th có m t k t h p c a thông tin s n ph m c th và ngành công nghi p trung bình. Ví d , m t nhà s n xu t ng c c th c hi n m t phân tích c a vi c s d ng các tông tái ch cho các h p ng c c c a nó có th áp d ng logic sau đây. Cho các ho t đ ng đ c th c hi n b i các nhà s n xu t, ch ng h n nh in n h p, thi t l p lên, và làm đ y, d li u c th cho các s n ph m s đ c l y, vì d li u trung bình cho vi c in n và làm trong ngành công nghi p ng c c ho c cho ngành công nghi p nói chung s không ph i là h u ích.

B

c 4: Làm th nào xác đ nh các d li u c n đ

c t ch c và k t qu hi n th

LCA xác đ nh cách d li u c n đ c t ch c trong đi u kho n c a m t đ n v ch c n ng đó m t cách thích h p mô t các ch c n ng c a s n ph m ho c quá trình đang đ c nghiên c u. L a ch n c n th n c a các đ n v ch c n ng đ đo l ng và hi n th k t qu LCA s c i thi n tính chính xác c a nghiên c u và tính h u d ng c a các k t qu .

Khi m t LCA đ c s d ng đ so sánh hai ho c nhi u s n ph m, c s so sánh nên đ c s d ng t ng đ ng, t c là, m i h th ng c n đ c xác đ nh đ m t s ti n b ng s n ph m hay d ch v t ng đ ng đ c phân ph i đ n ng i tiêu dùng.

S d ng t ng đ ng cho các nghiên c u so sánh th ng có th d a trên kh i l ng ho c tr ng l ng, đ c bi t là khi nghiên c u so sánh bao bì cho giao hàng c a m t s n ph m c th . M t nghiên c u thùng ch a đ u ng có th xem xét 1.000 lít n c gi i khát nh m t c s t ng đ ng s d ng đ so sánh, vì s n ph m có th đ c g i đ n ng i tiêu dùng trong m t lo t các container khác nhau có kích th c có đ c đi m vòng đ i khác nhau.

B

c 5: Xác đ nh ph m vi nghiên c u

Nh 1.2 gi i thích, m t LCA bao g m t t c b n giai đo n c a m t s n ph m ho c quá trình vòng đ i: mua nguyên li u, s n xu t, s d ng ho c tái s d ng / b o trì và tái ch / qu n lý ch t th i. xác đ nh xem m t ho c t t c các giai đo n nên đ c bao g m trong ph m vi c a LCA, sau đây ph i đ c đánh giá: M c tiêu c a nghiên c u này, đ chính xác theo yêu c u c a các k t qu , và th i gian và ngu n l c s n có.

56

B

c 6:

nh các quy t c c b n v th c hi n làm vi c

Tr c khi chuy n sang giai đo n ki m kê phân tích, đi u quan tr ng là xác đ nh m t s các th t c cho d án.

- Gi đ nh tài li u - T t c các gi đ nh ho c quy t đ nh th c hi n trong su t toàn b d án ph i báo cáo bên c nh các k t qu cu i cùng c a d án LCA. N u gi đ nh này đ c b qua, k t qu cu i cùng có th đ c đ a ra kh i b i c nh ho c d dàng b hi u sai. Nh quá trình LCA ti n b t giai đo n này đ n giai đo n kia, gi đ nh b sung và h n ch trong ph m vi có th là c n thi t đ hoàn thành d án v i các ngu n l c s n có.

- Quy trình đ m b o ch t l ng - các th t c đ m b o ch t l ng là r t quan tr ng đ đ m b o r ng các m c tiêu và m c đích đ th c hi n LCA s đ c đáp ng khi k t thúc d án. M c đ các th t c đ m b o ch t l ng s d ng cho các d án ph thu c vào th i gian và ngu n l c s n có và làm th nào các k t qu s đ c s d ng. N u k t qu đ c s d ng trong m t di n đàn công c ng, m t quá trình xem xét chính th c đ c khuy n khích. M t quá trình xem xét chính th c có th bao g m đánh giá n i b và bên ngoài c a các chuyên gia LCA và xem xét l i b i các bên liên quan đ đ m b o h tr t t h n c a h v k t qu cu i cùng. N u k t qu là đ c s d ng cho m c đích ra quy t đ nh n i b , sau đó m t ng i đánh giá n i b là ng i quen thu c v i thông l LCA và không liên quan đ n vi c nghiên c u LCA có hi u qu có th đáp ng các m c tiêu đ m b o ch t l ng. Chúng tôi đ ngh m t tuyên b chính th c t ng i xem (s) tài li u đánh giá c a h v t ng giai đo n c a quá trình LCA đ c bao g m trong báo cáo cu i cùng cho d án.

- Yêu c u báo cáo - Xác đ nh làm th nào các k t qu cu i cùng s đ c ghi l i chính xác nh ng gì nên đ c bao g m trong báo cáo cu i cùng giúp đ m b o r ng s n ph m cu i cùng đáp ng s mong đ i phù h p. Khi báo cáo k t qu cu i cùng, ho c k t qu c a m t giai đo n LCA c bi t, đi u quan tr ng là đ mô t k l ng các ph ng pháp đ c s d ng trong phân tích. Báo cáo ph i xác đ nh m t cách rõ ràng các h th ng phân tích và ranh gi i đã đ c thi t l p. C s đ so sánh gi a các h th ng và t t c các gi đ nh trong vi c th c hi n các công vi c c n đ c gi i thích rõ ràng. Trình bày các k t qu có th phù h p v i m c đích nghiên c u.

3.4.2. Vòng đ i ki m kê Vòng đ i ki m kê là m t quá trình đ nh l ng n ng l ng và các yêu c u nguyên li u, l ng khí th i trong khí quy n, khí th i qua đ ng n c, ch t th i r n, và các phiên b n khác cho toàn b vòng đ i c a m t s n ph m, quá trình ho c ho t đ ng.

Trong vòng đ i c a giai đo n ki m kê c a m t LCA, t t c các d li u có liên quan đ c thu th p và t ch c. N u không có m t LCI, không có c s t n t i đ đánh giá tác đ ng môi tr ng so sánh ho c c i ti n ti m n ng. M c đ chính xác và chi ti t c a các d li u thu th p đ c th hi n xuyên su t ph n còn l i c a quá trình LCA. Phân tích ki m kê vòng đ i có th đ c s d ng trong nhi u cách khác nhau. H có th giúp m t t ch c trong so sánh s n ph m, quy trình và xem xét các y u t môi tr ng trong các nguyên v t li u. Ngoài ra, phân tích ki m kê có th đ c s d ng trong ho ch đ nh chính sách, b ng cách giúp chính ph xây d ng quy ch v vi c s d ng tài nguyên và khí th i môi tr ng. tr

Phân tích ki m kê t o ra m t danh sách có ch a s l ng các ch t ô nhi m th i ra môi ng và n ng l ng và tiêu th v t ch t. K t qu có th đ c tách bi t b i giai đo n vòng

57

đ i, ph h p.

ng ti n truy n thông (không khí, n

Các b B

c và đ t), quy trình c th ho c b t k s k t

c quan tr ng c a ki m kê vòng đ i:

c 1: Phát tri n m t s đ dòng ch y

M t s đ dòng ch y là m t công c đ l p b n đ các y u t đ u vào và đ u ra cho m t quá trình ho c h th ng. "H th ng" hay "h th ng ranh gi i" khác nhau cho m i d án LCA. nh ngh a m c tiêu và xác đ nh ph m vi ranh gi i giai đo n thi t l p ban đ u đ xác đ nh nh ng gì s đ c bao g m trong m t LCA đ c bi t, chúng đ c s d ng nh là ranh gi i h th ng s đ dòng ch y. n v x lý bên trong ranh gi i liên k t h th ng v i nhau đ t o thành m t hình vòng đ i hoàn ch nh c a các y u t đ u vào c n thi t và k t qu đ u ra (v t ch t và n ng l ng) vào h th ng. Hình 3.2 trình bày các thành ph n c a m t quá trình đ n v chung trong m t s đ dòng ch y cho m t ranh gi i h th ng nh t đ nh.

Hình 3. 2. Các thành ph n c a m t quá trình đ n v chung trong m t s đ dòng ch y cho m t ranh gi i h th ng nh t đ nh.

S đ dòng ch y ph c t p h n, càng chính xác và công d ng c a các k t qu . Ph c t p t ng lên c ng có ngh a là th i gian và ngu n l c ph i đ c dành cho b c này, c ng nh các d li u thu th p và phân tích các b c.S đ dòng ch y đ c s d ng đ mô hình t t c các l a ch n thay th đang đ c xem xét (ví d : c m t h th ng c s và h th ng thay th ). i v i m t nghiên c u so sánh, đi u quan tr ng là c hai đ ng c s và l a ch n thay th s d ng ranh gi i cùng m t h th ng và mô hình hóa đ cùng m t m c đ chi ti t. N u không tính chính xác c a k t qu có th sai l ch.

M i h th ng yêu c u đ u vào c a nguyên v t li u và n ng l ng, đòi h i v n chuy n s n ph m đ c s n xu t và có k t qu đ u ra c a s n ph m, đ ng s n ph m, l ng khí th i trong khí quy n, đ ng n c th i, ch t th i r n và ch t th i khác. i v i m i h th ng, các chuyên gia phân tích ki m kê nên mô t v t li u và các ngu n n ng l ng s d ng và các lo i môi tr ng. Các ho t đ ng th c t x y ra c ng nên đ c mô t . D li u ph i đ c thu th p các s li u và các lo i nguyên li u đ u vào và các lo i và s l ng n ng l ng đ u vào. Các phiên b n môi tr ng không khí, n c và đ t c n đ c đ nh l ng b ng cách lo i ch t gây ô nhi m. D li u thu th p cho m t hàng t n kho ph i luôn luôn đ c k t h p v i m t đo l ng ch t l ng. M c dù các ch s ch t l ng s li u chính th c (DQIs) nh đ chính xác, tính đ i di n, đ y đ và m nh m , mô t cách d li u đ c t o ra có th h u ích trong vi c đánh giá ch t l ng.

58

ng s n ph m t quá trình này c n đ c xác đ nh và đ nh l ng. ng s n ph m là k t qu đ u ra quá trình có giá tr ngh a là nh ng ng i không đ c đi u tr nh ch t th i.

Giá tr đ c gán cho m t đ ng s n ph m có th là m t giá tr th tr ng (giá c ) ho c có th đ c quy cho. Th c hi n phân b đ ng s n ph m, m t s ph ng ti n ph i đ c phát hi n m t cách khách quan nh ng quy n s d ng tài nguyên, tiêu th n ng l ng, và l ng khí th i gi a các đ ng s n ph m, b i vì không có m t cách lý ho c hóa h c đ tách các ho t đ ng s n xu t chúng. Nói chung, phân b nên cho phép hàng t n kho v m t k thu t đ chu n b cho các s n ph m ho c các tài li u s d ng b t k s n l ng c th c a m t quá trình đ c l p và không có s ch ng chéo c a các k t qu khác.

Trong các bao bì c a thanh xà phòng, m t s đ ng s n ph m có th đ c xác đ nh: th t, m đ ng v t, b t x ng, b t máu và da. Ví d khác v h p tác s n ph m là ph li u trang trí và v t li u t m t t m nh a ch t o đúc. N u ph li u trang trí và v t li u đ c s d ng ho c bán cho các nhà s n xu t khác, h đ c coi là đ ng s n ph m. Ph li u công nghi p là tên g i chung cho tài li u. N u c t đ c b đi vào trong dòng ch t th i r n ph i chôn l p, nó nên đ c bao g m trong các ch t th i r n t quá trình này. N u các v t li u trang trí đ c tái s d ng trong quá trình này, h đ c coi là "ph li u nhà", mà là m t ph n c a m t vòng l p tái ch n i b . Nh ng v t li u này không bao g m trong ki m kê, b i vì nó không v t qua ranh gi i c a các h th ng ph .

T t c v n chuy n t m t đ a đi m quá trình khác đ c bao g m trong các h th ng ph . Giao thông v n t i đ c đ nh l ng v kho ng cách và tr ng l ng v n chuy n và xác đ nh b i các ph ng th c v n t i s d ng.

B

c 2: Phát tri n m t k ho ch d li u LCI b s u t p

Nh là m t ph n c a đ nh ngh a m c tiêu và Ph m vi giai đo n (đ c th o lu n trong ch ng 2), đ chính xác c n thi t c a d li u đã đ c xác đ nh. Khi l a ch n ngu n d li u đ hoàn thành vi c ki m kê vòng đ i, m t k ho ch thu th p d li u LCI đ m b o ch t l ng và tính chính xác c a d li u đáp ng s mong đ i c a ng i ra quy t đ nh.

Y u t chính c a m t k ho ch thu th p d li u bao g m: Xác đ nh m c tiêu ch t l ng d li u Xác đ nh các ngu n d li u và các lo i Xác đ nh các ch tiêu ch t l ng d li u Xây d ng m t b ng thu th p d li u và danh sách ki m tra Xác đ nh m c tiêu ch t l ng d li u - m c tiêu ch t l ng d li u cung c p m t khuôn kh cho vi c cân đ i th i gian và ngu n l c s n có đ i v i ch t l ng c a các d li u c n thi t đ đ a ra quy t đ nh v tác đ ng s c kh e môi tr ng ho c con ng i t ng th (EPA 1986). M c tiêu ch t l ng d li u đ c liên k t ch t ch v i m c tiêu nghiên c u t ng th và ph c v hai m c đích chính: -

-

H tr LCA h c trong c c u m t cách ti p c n đ thu th p d li u d a trên ch t l ng d li u c n thi t cho vi c phân tích.

-

Vai trò tiêu chu n hi u su t ch t l

ng d li u.

Không có danh sách xác đ nh tr c các m c tiêu ch t l ng d li u cho t t c các d án LCA. S l ng và tính ch t c a m c tiêu ch t l ng d li u c n thi t ph thu c vào m c đ chính xác c n thi t đ thông báo cho ng i ra quy t đ nh tham gia vào quá trình này.

Xác đ nh các ch s ch t l ng d li u - ch tiêu ch t l ng d li u là tiêu chu n mà các d li u thu th p đ c có th đ c đo đ xác đ nh yêu c u ch t l ng d li u đã đ c

59

đáp ng. T ng t nh các m c tiêu ch t l ng s li u, không có danh sách đ c xác đ nh tr c các ch s ch t l ng d li u cho t t c các LCIs. Vi c l a ch n các ch s ch t l ng d li u ph thu c vào nh ng ng i thân mà là thích h p nh t và đ i v i các ngu n d li u c th đang đ c đánh giá. Ví d v các ch s ch t l ng d li u là chính xác, đ y đ , tính đ i di n, tính th ng nh t, và l p l i.

Xác đ nh ngu n d li u và các lo i i v i m i giai đo n cu c s ng chu k , quá trình đ n v , ho c lo i ra môi tr ng, xác đ nh ngu n d li u c n thi t và / ho c lo i c n thi t đ cung c p đ đ chính xác và ch t l ng đ đáp ng các m c tiêu c a nghiên c u.

Xác đ nh các ngu n d li u c n thi t và các lo i tr c khi thu th p d li u giúp gi m thi u chi phí và th i gian c n thi t đ thu th p d li u.

Ví d v các ngu n d li u bao g m: -

Ch s công t t các thi t b Thi t b ghi đi u hành/t p chí Báo cáo công nghi p d li u, c s d li u, ho c chuyên gia t v n K t qu th nghi m trong phòng thí nghi m Tài li u chính ph , báo cáo, c s d li u C s d li u công b công khai T p chí, gi y t , s sách, và b ng sáng ch Sách tham kh o Hi p h i th ng m i Liên quan/nghiên c u tr c đây t n kho vòng đ i Thi t b và quy trình k thu t ánh giá k thu t t t nh t.

Ví d v các ki u d li u bao g m: đo, mô hình, l y m u, trang web c th (ví d , d li u thay th ), LCI d li u (ví d , d li u không dành cho m c đích s d ng trong m t LCI), d li u nhà cung c p.

M c đ yêu c u c a d li u t ng h p c ng c n đ c xác đ nh, ví d , cho dù d li u là đ i di n c a m t quá trình ho c m t s quy trình. M t s ngu n nên đ c s d ng trong vi c thu th p d li u. B t c khi nào có th , t t nh t là đ có đ c d li u ngành công nghi p c ng đ c tr ng cho quá trình s n xu t. Quy trình s n xu t th ng tr nên hi u qu h n, thay đ i theo th i gian, vì v y đi u quan tr ng là đ tìm ki m d li u hi n t i. D li u hàng t n kho có th là c s c th hay t ng quát h n và v n còn t n t i hi n nay. M t s h ng m c d li u th ng đ c s d ng trong hàng t n kho. B t đ u v i phân tách nh t, đó là: -

Cá nhân quá trình và thi t b c th : d li u t m t ho t đ ng c th trong m t c s nào đó có không k t h p trong b t k cách nào.

-

T ng h p: d li u t cùng m t ho t đ ng ho c ho t đ ng k t h p gi a các đ a đi m.

-

T ng h p: k t h p d li u nhi u h n m t quá trình ho t đ ng.

-

Ngành công nghi p trung bình: d li u có ngu n g c t m t m u đ i di n c a các đ a đi m và tin t ng đ mô t th ng kê các ho t đ ng đi n hình trên công ngh .

-

Chung chung: d li u có tính đ i di n có th là ch a bi t nh ng mà là ch t l t c a m t quá trình ho c công ngh .

ng mô

60

y đ và tri t đ hàng t n kho th ng đòi h i s d ng các d li u đ c coi là đ c quy n c a m t trong hai nhà s n xu t c a s n ph m, các nhà cung c p th ng ngu n ho c các nhà cung c p, ho c bác s LCA th c hi n nghiên c u. V n đ b o m t là không có liên quan cho hàng t n kho vòng đ i đ c th c hi n b i các công ty s d ng d li u c s c a mình cho các m c đích n i b . Tuy nhiên, vi c s d ng các d li u đ c quy n là m t v n đ quan tr ng hàng t n kho đ c th c hi n đ s d ng bên ngoài và b t c khi nào d li u c s c th thu đ c t các nhà cung c p bên ngoài đ nghiên c u n i b . K t qu là, các nghiên c u hi n nay th ng có đ ngu n d li u và tài li u cho phép đánh giá v m t k thu t âm thanh bên ngoài. Thi u d li u v m t k thu t nh h ng x u đ n uy tín c a c hàng t n kho vòng đ i và các ph ng pháp đ th c hi n chúng. Bí m t th ng m i c a m t công ty cá nhân và các công ngh c nh tranh ph i đ c b o v . Khi thu th p d li u (và sau khi báo cáo k t qu ), b o v thông tin bí m t kinh doanh nên đ c cân nh c v i s c n thi t ph i phân tích đ y đ và chi ti t ho c ti t l thông tin. M t s hình th c c a h p đ ng b o m t có ch n l c cho các đ n v th c hi n ki m kê vòng đ i, c ng nh chính th c hóa các th t c th m đ nh, th ng là c n thi t cho hàng t n kho s đ c s d ng trong m t di n đàn công c ng. Do đó, d li u ngành công nghi p có th c n ph i đ c xét duy t b o m t trung gian tr c khi tr thành m t ngu n d li u t ng h p cho m t tài li u s đ c phát hành công khai.

M c đích, ph m vi và ranh gi i c a hàng t n kho giúp các nhà phân tích xác đ nh m c đ hay lo i thông tin đó là c n thi t. Ví d , ngay c khi các nhà phân tích có th có đ c d li u ngành công nghi p th c t , trong nh ng hình th c và m c đ nào nên các nhà phân tích hi n th d li u (ví d , ph m vi c a các giá tr quan sát, trung bình ngành công nghi p, d li u th c v t c th , và k thu t ki m soát t t nh t hi n có)? Nh ng câu h i quy t đ nh th ng có th đ c tr l i n u m c đích, ph m vi đã đ c xác đ nh rõ ràng.

Thông th ng, công b công khai h u h t các tài li u trình bày vòng đ i trung bình c a ngành công nghi p, trong khi nhi u nghiên c u công nghi p n i b s d ng d li u th c v t c th . Khuy n cáo th c hành cho các nghiên c u ki m kê vòng đ i bên ngoài bao g m vi c cung c p m t bi n pháp thay đ i d li u ngoài trung bình. Th ng xuyên, bi n pháp bi n đ i s là m t tham s th ng kê, ch ng h n nh đ l ch chu n.

Ví d v các ngu n d li u ngành công nghi p t nhân bao g m các báo cáo đ c l p ho c n i b , các phép đo đ nh k , báo cáo k toán ho c k thu t ho c t p h p d li u, đo l ng c th , và thông s k thu t máy. M t v n đ đ c bi t quan tâm trong vi c xem xét các ngu n công nghi p, có ho c không ph i là m t t p h p d li u công c ng chính th c đ c thành l p, là nh h ng c a ngành công nghi p và các hi p h i k thu t liên quan đ nâng cao tính chính xác, tính đ i di n, và currentness các d li u thu th p đ c. Các hi p h i nh v y có th s n sàng, mà không c n cung c p s li u c th , đ xác nh n r ng d li u nh t đ nh (v nh ng thành viên c a h có ki n th c) là th c t .

Tài li u chính ph và c s d li u cung c p d li u trên lo i r ng c a các quá trình và công b công khai. H u h t các tài li u c a chính ph đ c công b trên c s đ nh k , ví d nh , hàng n m, hai n m m t l n, ho c m i b n n m. Tuy nhiên, các d li u đ c công b trong h có xu h ng có ít nh t m t vài n m tr c. H n n a, các d li u đ c tìm th y trong các tài li u này có th ít c th và ít chính xác h n so v i s li u công nghi p cho các c s , nhóm c s c th . Tuy nhiên, tùy thu c vào m c đích c a nghiên c u và các m c tiêu d li u c th , nh ng h n ch này có th không quan tr ng. T t c các nghiên c u c n l u ý đ tu i c a d li u đ c s d ng. M t s tài li u chính ph h u ích bao g m: -

B Th

ng m i M , đi u tra dân s c a nhà s n xu t

61

-

C B C li

c M M , đi u tra dân s c a Khoáng s n N ng l ng M , giá n ng l ng hàng tháng quan B o v môi tr ng M , ch t đ c phát hành hàng t n kho (TRI) c s d u.

C s d li u c a chính ph bao g m c hai lo i không th m c n i mà các d li u mình đang có trong c s d li u và các lo i th m c mà bao g m tài li u tham kh o, n i d li u có th đ c tìm th y.

Sách k thu t, báo cáo, báo cáo h i th o, và các bài báo đ ng trên các t p chí k thu t c ng có th cung c p thông tin và d li u v các quá trình trong h th ng. H u h t trong s này là công b công khai. D li u đ c trình bày trong các ngu n này là th ng l n tu i h n, và h có th là quá c th ho c không đ c th . Nhi u ng i trong s các tài li u này cho d li u lý thuy t h n là d li u th c t cho các quy trình. Nh ng d li u này có th không đ i di n cho quá trình th c t ho c có th đ i phó v i công ngh m i không đ c th nghi m th ng m i. Trong vi c s d ng các ngu n d li u k thu t trong danh sách sau đây, các nhà phân tích nên xem xét ngày, đ c tr ng, và phù h p c a các d li u: Bách khoa toàn th c a Công ngh hóa h c, Kirk-Othmer T p chí k thu t đ nh k nh t p chí c a Hi p h i môi tr ng n c K y u h i ngh k thu t Sách giáo khoa v khoa h c ng d ng khác nhau.

Các cu c đi u tra đ c thi t k đ n m b t thông tin v m t m u đ i di n c a ng i s d ng có th cung c p thông tin hi n hành v các thông s c a s n ph m ho c d ch v s d ng. Các cu c đi u tra th ng xoay quanh m t câu h i: -

-

Bao lâu ho c bao nhiêu l n là m t s n ph m ho c d ch v đ c s d ng tr c khi nó đ c b đi (ví d , s n m m t b truy n hình đã đ c s d ng và d ki n s đ c s d ng)?

-

Nh ng gì các v t li u khác và nh ng gì s l ng c a các v t li u đ c s d ng k t h p v i vi c s d ng s n ph m ho c b o trì (ví d , s d ng kem d ng m sau khi r a tay)?

-

Làm th nào th ng xuyên là c n thi t đ s a ch a, b o trì s n ph m (ví d , làm th nào th ng là m t thi t b s a ch a trong su t quãng đ i c a mình, và nh ng ng i làm vi c s a ch a)?

-

Nh ng gì s d ng khác không có s n ph m ngoài m c đích ban đ u c a nó?

-

Nh ng gì ng

i dùng cu i làm v i s n ph m khi ng

i đó là thông qua v i nó?

Thông th ng, ng i dùng s không th cung c p thông tin c th v đ u vào và đ u ra. Tuy nhiên, ng i dùng cu i có th cung c p d li u v th c hành c a ng i dùng t các đ u vào và đ u ra có th đ c b t ngu n. Nói chung, ng i dùng cu i có th là ngu n g c c a thông tin liên quan t đó n ng l ng, v t t , hàng t n kho phát hành ch t gây ô nhi m có th đ c b t ngu n. (M t ngo i l s là m t ng i s d ng cu i cùng t ch c th ng m i ho c nh ng ng i có th có m t s thông tin v tiêu th n ng l ng ho c th i n c.)

Các công ty nghiên c u th tr ng th ng có th cung c p vi c s d ng và đ nh l ng d li u và s thích c a khách hàng mà không có s phân tích ph i th c hi n kh o sát th tr ng đ c l p.

Tái ch cung c p m t ví d v m t s trong nh ng đi m m nh và h n ch g p ph i trong vi c thu th p d li u. i v i m t s s n ph m, tái ch kinh t theo đ nh h ng đã

62

đ c th c hành trong nhi u n m, và m t c s h t ng và th tr ng cho các tài li u đã t n t i. D li u th ng có s n cho các s n ph m, bao g m c t l tái ch , ng i tiêu dùng c a các v t li u tái sinh, và các yêu c u v tài nguyên và môi tr ng phát hành thành các ho t đ ng tái ch (thu th p và tái ch ). D li u cho các tài li u hi n t i t l tái ch th p m i hình thành c s h t ng tái ch có nhi u khó kh n đ có đ c. Trong c hai tr ng h p, th ng là ngu n t t nh t cho d li u v các yêu c u tài nguyên và môi tr ng phát hành là b vi x lý c a mình. i v i d li u v t l tái ch và v t li u tái ch , ng i tiêu dùng và b vi x lý có th h u ích, nh ng hi p h i th ng m i c ng nh ng i tiêu dùng c a các v t li u tái ch c ng có th cung c p d li u. i v i v t li u đ c tái ch m c giá th p, d li u s khó kh n h n đ tìm.

Hai khu v c khác đ thu th p d li u liên quan đ n h th ng nh toàn b và m t so sánh gi a các h th ng. Nó là c n thi t đ có đ c d li u v tr ng l ng c a m i thành ph n trong s n ph m đánh giá, ho c b ng cách l y thông s k thu t s n ph m t nhà s n xu t ho c b ng cách cân m i thành ph n. Nh ng d li u này sau đó đ c s d ng đ k t h p các thành ph n cá nhân trong vi c phân tích h th ng t ng th . T l s d ng t ng đ ng v i các s n ph m so sánh có th đ c phát tri n b ng cách kh o sát các nhà bán l và ng i tiêu dùng, ho c b ng cách xem xét ng i tiêu dùng ho c đ nh k hi p h i th ng m i.

Phát tri n m t thu th p d li u b ng tính - B c ti p theo là phát tri n m t chu trình b ng tính hàng t n kho cu c s ng mà bao g m h u h t các l nh v c quy t đ nh trong vi c th c hi n ki m kê (xem Ph l c A trong đó cho th y m t b ng ki m kê m u). M t b ng tính có th đ c chu n b đ h ng d n thu th p d li u và xác nh n và cho phép xây d ng m t c s d li u đ l u tr d li u thu th p đi n t . Tám l nh v c quy t đ nh chung sau đây s đ c gi i quy t trong b ng tính hàng t n kho: -

M c đích c a vi c ki m kê Gi i h n h th ng Ph m vi đ a lý Các lo i d li u đ c s d ng Th t c thu th p d li u Các bi n pháp ch t l ng d li u Xây d ng b ng tính toán Trình bày k t qu .

B ng tính là m t công c có giá tr đ đ m b o đ y đ , chính xác, và nh t quán. Nó đ c bi t quan tr ng đ i v i các d án l n khi m t s ng i thu th p d li u t nhi u ngu n.

B ng tính nên đ c thay đ i đ đáp ng các nhu c u c a m t LCI c th .

S đ dòng ch y h th ng t ng th , có ngu n g c trong các b c tr c đó, là r t quan tr ng trong vi c xây d ng các b ng tính toán b i vì nó xác đ nh s l ng các m i quan h c a các h th ng con ng i v i nhau trong vi c s n xu t s n ph m cu i cùng. Các m i quan h s tr thành ngu n g c c a "y u t t ng x ng", mà là m i quan h đ nh l ng ph n ánh s đóng góp t ng đ i c a các h th ng con v i t ng s h th ng. Ví d , d li u đ s n xu t m t thành ph n X đ c bi t c a thanh xà phòng đ c phát tri n đ s n xu t 1.000 t n X. s n xu t ra 1.000 t n thanh xà phòng, 250 t n X là c n thi t, chi m l và thi u hi u qu . Vì v y, đ tìm th y s đóng góp c a X cho toàn b h th ng, d li u cho 1.000 t n X đ c nhân v i 0.250.

Các b ng tính có th đ c s d ng đ th c hi n các tính toán khác ngoài tr ng s đóng góp c a h th ng con khác nhau. Nó có th đ c s d ng đ d ch giá tr nhiên li u

63

n ng l ng cho m t đ n v n ng l ng tiêu chu n, ch ng h n nh tri u đ n v nhi t Anh (BTU) ho c gigajoule (GJ). Precombustion ho c mua l i tài nguyên n ng l ng có th đ c tính b ng cách áp d ng m t y u t tiêu chu n đ m t s l ng đ n v nhiên li u vào tài kho n cho n ng l ng s d ng đ có đ c và v n chuy n nhiên li u. Các ngu n n ng l ng, c ng nh các lo i ch t th i, có th đ c phân lo i. Kho n tín d ng ho c chi phí đ thiêu đ t có th đ c b t ngu n. Ch t th i nhiên li u có liên quan c ng ph i đ c tính toán d a trên các lo i nhiên li u s d ng trên toàn h th ng. B ng tính c ng nên k t h p tùy ch n qu n lý ch t th i, ch ng h n nh tái ch , phân, và chôn l p. i u quan tr ng là m i h th ng đ c đ a vào b ng tính v i các thành ph n liên quan c a nó và m i đ c liên k t v i nhau trong nh cách mà thi u sót vô ý và trùng l p không x y ra. B ng tính có th đ c t ch c trong nhi u cách khác nhau đ th c hi n m c đích này. ây có th bao g m vi c phân b các l nh v c nh t đ nh ho c các khu v c trong b ng tính m t s lo i tính toán ho c s d ng m t lo i ph n m m b ng tính đ th c s liên k t các b ng tính riêng trong th i trang đ ng c p. Nó là b t bu c, Tuy nhiên, m t khi h th ng c a t ch c đ c s d ng, nó đ c s d ng m t cách nh t quán. T ch c l n x n c a t p h p d li u và tính toán th ng d n đ n k t qu ki m kê b l i.

Nhi u quy t đ nh ph i đ c th c hi n trong t t c các phân tích ki m kê vòng đ i.

M i hàng t n kho bao g m m t k t h p c a d li u th c t và gi đ nh. Gi đ nh cho phép các nhà phân tích đ đánh giá tình tr ng h th ng khi d li u th c t ho c không th có đ c trong b i c nh c a nghiên c u ho c không t n t i. M i ph n thông tin (ví d , tr ng l ng c a bìa đ c s d ng đ đóng gói xà phòng, lo i xe và kho ng cách cho v n chuy n m đ ng v t, t n th t phát sinh khi v m đ ng v t, ho c l ng khí th i t các loài đ ng v t t i v béo), r i vào m t trong hai th lo i và t ng đóng m t vai trò trong vi c phát tri n h th ng phân tích t ng th . Vì gi đ nh có th nh h ng đáng k k t qu nghiên c u, m t lo t các "n u" tính toán ho c phân tích đ nh y th ng đ c th c hi n trên các k t qu ki m tra tác đ ng c a thay đ i trong h th ng. M t phân tích đ nh y s t m th i s a đ i m t hay nhi u thông s và nh h ng đ n vi c tính toán k t qu . Quan sát s thay đ i trong k t qu s giúp xác đ nh t m quan tr ng c a các gi đ nh là liên quan đ n các k t qu v i.

B ng tính tính toán c ng đ c s d ng đ th c hi n các tính toán phân tích đ nh y.

Trong LCA/LCM h i ngh n m 2003 Seattle, Washington, m t phiên đ c t ch c v i m c đích c th c a b t đ u th o lu n m v ph ng pháp ki m kê và xác đ nh n u có s h tr đ ng sau ý t ng xây d ng h ng d n th t c qu c t đ i v i hàng t n kho, v t các tiêu chu n ISO 14040 và 14041 h ng d n. S đ ng thu n chung c a các nhóm Seattle là có m t nhu c u và mong mu n đ đ c h ng d n chi ti t h n, đ c bi t là xung quanh danh sách sau đây cho th y đi m quy t đ nh quan tr ng trong hàng t n kho chu k cu c s ng: -

Phân b đ ng s n ph m Tái ch phân b Lo i tr m t l ng nh Lo i tr các s c tràn và thi t h i Tu i phù h p c a d li u D li u thay th và c tính Ki m kê đánh giá tác đ ng Phù h p v i m c tiêu đ n ph ng pháp Thu th p d li u chính nh d ng báo cáo

64

-

L p đi l p l i quy trình thu th p d li u L a ch n gi i Thi t b /c s h t ng v n lo i tr Th i gian và thông tin d li u đ a đi m.

ôi khi nó là h u ích đ suy ngh tr c v k t qu s đ c trình bày. i u này có th ch đ o m t s quy t đ nh nh th nào đ u ra b ng tính đ c ch đ nh. Các nhà phân tích ph i nh m c đích xác đ nh đ th c hi n vi c phân tích và thi t k d li u đ u ra cho nh ng nhu c u th hi n. Ví d , các nhà phân tích có th h i: có ph i là m c đích c a vi c ki m kê vòng đ i đ đánh giá k t qu c a toàn h th ng? Ho c là nó mong r ng thông tin chi ti t h th ng ph s đ c phân tích liên quan đ n t ng s ? Nghiên c u này s đ c s d ng trong m t di n đàn công c ng? N u v y, làm th nào? Bao nhiêu chi ti t đ c yêu c u? Câu tr l i cho câu h i nh th này s giúp xác đ nh m c đ ph c t p và m c đ t ng quát đ xây d ng thành các b ng tính, c ng nh trình bày phù h p c a k t qu .

B

c 3: Thu th p d li u

N l c thu th p d li u liên quan đ n m t s k t h p c a nghiên c u, trang web th m và ti p xúc tr c ti p v i các chuyên gia, t o ra m t l ng l n d li u. Nh m t s thay th , nó có th là hi u qu chi phí đ mua m t gói ph n m m LCA th ng m i (xem Ph l c B).

Tr c khi mua m t gói ph n m m LCA ng i ra quy t đ nh ho c LCA tu luy n ph i b o đ m r ng nó s cung c p m c đ phân tích d li u c n thi t.

Ph ng pháp th hai đ gi m th i gian thu th p d li u và tài nguyên là đ có đ c d li u ki m kê c th không trang web. M t s t ch c đã phát tri n c s d li u đ c bi t cho LCA có ch a m t s d li u c b n th ng c n thi t trong vi c xây d ng m t hàng t n kho chu k cu c s ng. M t s c s d li u đ c bán cùng v i ph n m m thu th p d li u LCI, nh ng ng i khác là ngu n tài nguyên đ c l p (xem Ph l c B). Nhi u công ty có ph n m m đ c quy n c ng cung c p d ch v t v n thi t k LCA. Vi c s d ng các ph n m m th ng m i r i ro m t tính minh b ch trong các d li u. Th ng không có h s gi đ nh ho c các ph ng pháp tính toán đã đ c s d ng. i u này có th không thích h p n u k t qu là s đ c s d ng trong ph m vi công c ng. Xem xét l i các tuyên b m c tiêu là c n thi t đ xác đ nh xem d li u nh v y là phù h p.

T t c các quy trình công nghi p có nhi u dòng đ u vào và nhi u t o ra nhi u dòng s n l ng. Thông th ng ch có m t trong nh ng k t qu đ u ra là m i quan tâm cho vi c nghiên c u đánh giá vòng đ i đang đ c ti n hành, do đó các nhà phân tích c n ph i xác đ nh bao nhiêu n ng l ng và các yêu c u v t ch t và các phiên b n v môi tr ng liên quan đ n quá trình này c n đ c quy, ho c phân b , đ s n xu t c a m i đ ng s n ph m.

Ví d , h th ng tua bin h i n c có th bán c đi n và h i n c áp su t th p nh s n ph m h u ích. Khi đ ng s n ph m có m t, hành gi ph i xác đ nh bao nhiêu trong nh ng gánh n ng liên quan đ n ho t đ ng và cung c p các đa quá trình s n xu t ph i đ c phân b cho t ng h p tác s n ph m. Ng i h c c ng ph i quy t đ nh cách th c phân b gánh n ng môi tr ng trên đ ng s n ph m khi m t là m t dòng ch t th i có th bán đ c cho s d ng khác.

H ng d n đ c cung c p b i T ch c tiêu chu n qu c t (ISO) công nh n s đa d ng c a các ph ng pháp có th đ c s d ng đ đi u tr các v n đ phân b và, do đó, đòi h i m t cách ti p c n t ng b c (xem h p v n b n v tiêu chu n ISO 14041). Tiêu chu n cu c g i cho các h c viên đ tránh phân b n u có th , và th hai, ph ng pháp ti p c n mô hình ph n ánh các m i quan h v t lý gi a đ u ra và đ u vào quá trình c a nó. Áp d ng đúng các h ng d n ISO giao đòi h i m t s hi u bi t t t v các m i quan h v t lý

65

gi a các đ ng s n ph m trong m t quá trình. M c dù tránh phân b đ c a chu tiêu chu n ISO, nó không ph i là luôn luôn có th m r ng h th ng trong t t c h p. Và, nh ám ch tr c đó, phân b có th không đ c hoàn toàn tránh đ trong m t cách ti p c n m r ng h th ng. Vì v y, l a ch n khác ph i đ c s d

ng b i các các tr ng c ngay c ng.

M c dù kh i l ng đã th ng xuyên nh t đ c s d ng nh m t c s cho vi c c p phát, phân b kh i l ng đ c th c hi n theo cách t ng t . Ph ng pháp d a trên giá tr th tr ng th ng bao g m d ki n l i ích kinh t d a trên t ng doanh thu. Tuy nhiên, không ai trong s nh ng ph ng pháp này cung c p m t gi i pháp chung. Phân b có th có v không th c t trong tr ng h p m t s n ph m xa giá tr h n khác. M c dù giá tr th tr ng trong nhi u tr ng h p ph n ánh vi c s d ng n ng l ng và do đó nhi u gánh n ng liên quan, phân b trên c s này ch bao g m m t khía c nh c a h th ng. Ngoài ra, giá tr th tr ng là r t khác nhau theo th i gian, đôi khi lên đ n 50 ph n tr m trong m t kho ng th i gian ng n. Phân b trên c s bình đ ng (50/50) ho c trên m t "t t c ho c không có" c s (100 ph n tr m cho m t s n ph m) có th đ c coi là m t s l a ch n r t tùy ý. V n đ môi tr ng liên quan đ n các h th ng khác v n ph i đ c mô hình s d ng m t ph ng pháp thích h p n i đ ng s n ph m đ c t o ra. R t nhi u đã đ c công b trong các tài li u m v đ tài này trong m t n l c đ hi u rõ h n v h u qu c a vi c l a ch n phân b .

S đ dòng ch y (s) phát tri n b c 1 cung c p b n đ đ ng cho d li u đ c thu th p. B c 2 xác đ nh ngu n d li u c n thi t, ch ng lo i, ch t l ng, đ chính xác, và ph ng pháp thu th p. B c 3 bao g m vi c tìm ki m và đi n vào các s đ dòng ch y và b ng tính v i d li u s . i u này có th không là m t nhi m v đ n gi n. M t s d li u có th khó kh n ho c không th có đ c, và các d li u có s n có th khó kh n đ chuy n đ i các đ n v ch c n ng c n thi t. Vì v y, ranh gi i h th ng hay m c tiêu ch t l ng d li u c a nghiên c u có th ph i đ c tinh ch d a trên d li u s n có. i u này l p đi l p l i quá trình đ c ph bi n cho h u h t các LCA. 3.4.2.1.

u vào trong s n ph m Life-Cycle phân tích ki m kê

Quy t đ nh trên mà yêu c u nguyên li u / trung gian bao g m trong m t kho vòng đ i là ph c t p, nh ng m t s tùy ch n có s n: -

K t h p t t c các yêu c u, dù nh , trên gi đ nh r ng nó không ph i là m t u tiên có th quy t đ nh đ lo i tr b t c đi u gì.

-

Trong ph m vi quy đ nh c a nghiên c u, lo i tr y u t đ u vào d đ nh tr c và đ c ghi rõ.

-

Trong ph m vi quy đ nh c a nghiên c u, lo i tr y u t đ u vào xác đ nh có th là không đáng k , so v i m c đích s d ng c a nh ng thông tin, trên c s phân tích đ nh y.

-

Trong ph m vi xác đ nh, liên t c lo i tr các l p h c nh t đ nh ho c các lo i nguyên li u đ u vào, ch ng h n nh thay th thi t b v n.

i m t ng

ng xác

L i th c a các tùy ch n đ u tiên là không có gi đ nh đ c th c hi n trong vi c xác đ nh và v ranh gi i h th ng. Các nhà phân tích không ph i gi i thích hay b o v nh ng gì đã đ c bao g m ho c lo i tr . i m b t l i là ng d ng c a ph ng pháp này có th là m t bài t p vô t n. S l ng đ u vào có th là r t l n và có th bao g m m t s h th ng ch có h hàng xa v i h th ng s n ph m c a quan tâm. Bên c nh nh ng tính toán ph c t p, di n gi i k t qu đ i v i các s n ph m duy nh t mong mu n, đóng gói, ho c ho t đ ng v i có th là khó kh n.

66

L a ch n th hai, n u đ c th c hi n v i l i gi i thích đ y đ v nh ng gì ng ng và lý do t i sao nó đã đ c ch n, s có nh ng u đi m nh t quán và chi phí th p h n và th i gian đ u t . Hai tùy ch n ph có th đ c xác đ nh, tùy theo tính ch t c a ng ng. M t suboption là đ xác đ nh m t t l ph n tr m đóng góp d i đây trong đó nguyên li u s đ c lo i tr , ví d , m t ph n tr m c a các đ u vào cho m t h th ng ph nh t đ nh ho c cho toàn b h th ng. Các quy t c m t ph n tr m trong l ch s đã đ c h u ích trong vi c h n ch m c đ phân tích trong hàng t n kho v i h u qu môi tr ng c a v t li u s l ng nh không đ c xem xét. Nh ng b t l i c a s cai tr m t ph n tr m là s hi n di n c a m t ho t đ ng có th gây t n h i môi tr ng k t h p v i các tài li u này có th đ c b qua. Ngoài ra, khi s d ng v i t l h n h p (ví d , ph n tr m n ng l ng h th ng, ph n tr m c a h th ng ph đ u vào), k t qu có th gây nh m l n ho c không phù h p. Phân tích Ph m vi nên cung c p m t lý do cho vi c l a ch n áp d ng m t quy đ nh nh v y.

N ng l ng: đ i di n cho m t s k t h p c a nhu c u n ng l ng cho các h th ng ph . Ba lo i n ng l ng là đ nh l ng: quá trình, giao thông v n t i, n ng l ng và các ngu n tài nguyên v t ch t (n ng l ng v n có).N ng l ng là quá trình n ng l ng c n thi t đ ho t đ ng và ch y các quá trình h th ng con (es), bao g m các h ng m c nh lò ph n ng, trao đ i nhi t, khu y, máy b m, máy th i, và n i h i. N ng l ng v n chuy n n ng l ng c n thi t đ s c m nh các ph ng th c giao thông v n t i nh xe t i, các hãng tàu đ ng s t, xà lan, tàu bi n, và đ ng ng d n. B ng t i, xe nâng hàng, và các thi t b khác có th đ c xem xét v i giao thông ho c quá trình đ c dán nhãn theo vai trò c a h trong các h th ng ph . Ví d , n ng l ng cung c p cho m t b ng t i đ c s d ng đ th c hi n các tài li u t m t đi m trong các h th ng ph s đ c dán nhãn n ng l ng quá trình. M t khác, s c m nh cung c p cho m t b ng t i đ c s d ng đ v n chuy n v t li u t m t h th ng con đ m t h th ng ph khác nhau s đ c coi là n ng l ng v n chuy n.

Hai l a ch n thay th t n t i đ k t h p n ng l ng đ u vào trong m t mô-đun h th ng ph . M t là đ báo cáo các hình th c n ng l ng th c t c a các y u t đ u vào, ví d nh , kilowatt-gi (kWh) đi n ho c mét kh i khí đ t t nhiên. Khác là đ bao g m s l ng c th c a các lo i nhiên li u đ c s d ng đ t o ra các d ng n ng l ng đ c s n xu t trong các mô-đun. u đi m c a ph ng pháp ti p c n đ u tiên là h n h p n ng l ng c th có s n cho m i h th ng. Ví d , m t công ty có th mu n đánh giá m c đ c n thi t c a vi c cài đ t m t n i h i khí đ t t nhiên đ s n xu t h i n c so v i s d ng n i h i làm nóng b ng đi n c a nó đ c h tr b i m t s k t h p c a đi n mua và trên trang web t o ra. M t h n h p nhiên li u c th có th đ c áp d ng đ tính toán vi c s d ng ngu n tài nguyên n ng l ng và nhiên li u. Ph ng pháp th hai, k t h p v i s l ng nhiên li u c th , cho phép so sánh h th ng ph c a nhiên li u n ng l ng s c p. Ví d , "x" kilowatt-gi đi n s đ c xác đ nh là "y" mét kh i khí đ t t nhiên và "z" pound uranium.

Trong m i h th ng, d li u đ u vào n ng l ng nên đ c đ a ra nh s l ng c th c a nhiên li u và sau đó chuy n đ i thành n ng l ng t ng đ ng theo các y u t chuy n đ i th o lu n trong hai ph n sau. Ví d , các yêu c u v n ng l ng do m t nhà máy nh a polyethylene có th đ c quy đ nh nh £ 500 c a ethylene cho nguyên li u, 500 mét kh i khí đ t t nhiên, 50 kilowatt-gi đi n đ ch y các thi t b công ngh , và 50 lít nhiên li u diesel đ v n chuy n nh a cho ng i tiêu dùng. Trong tr ng h p này, 50 kilowatt-gi s đ c chuy n đ i sang 180 megajun (MJ).

Báo cáo t t c n ng l ng s d ng k t h p v i các h th ng ph quan tâm, các nhà phân tích có th c n ph i xem xét d li u n ng l ng v t quá trình chính liên quan đ n

67

quá trình đ t cháy nhiên li u. N ng l ng s d ng trong quá trình đ t cháy nhiên li u ch là m t ph n c a t ng n ng l ng liên quan đ n vi c s d ng nhiên li u. L ng n ng l ng tiêu t n đ có đ c nhiên li u c ng có th là đáng k so v i chi phí n ng l ng khác. N ng l ng đ có đ c nguyên li u nhiên li u (ví d nh khai thác than đá ho c khoan d u), x lý các nguyên li u thô thành nhiên li u có th s d ng và v n chuy n chúng đ c g i b i các h c viên khác nhau nh "precombustion n ng l ng" ho c "n ng l ng c a vi c mua l i nhiên li u." N ng l ng Precombustion đ c xác đ nh nh t ng l ng n ng l ng c n thi t đ cung c p nhiên li u có th s d ng cho ng i tiêu dùng c a nhiên li u.

Bao g m c n ng l ng precombustion t ng t có th m r ng ranh gi i h th ng nhiên li u đ nguyên li u đ u vào. Ví d , quá trình đ t cháy nhiên li u d u trong m t k t qu n i h i công nghi p trong vi c phát hành kho ng 150.000 Btu cho m i gallon. Tuy nhiên, khoan d u thô và s n xu t, tinh ch , và v n chuy n d u nhiên li u đòi h i thêm 20.000 Btu cho m i gallon. N ng l ng b sung này là n ng l ng precombustion. Nh v y, t ng n ng l ng tiêu t n (precombustion n ng l ng c ng v i n ng l ng đ t cháy) khi m t gallon d u nhiên li u đ c tiêu th s là 170.000 Btu. Nói chung, m t ki m kê đ y đ s bao g m đóng góp n ng l ng precombustion vì h đ i di n cho nhu c u n ng l ng th c s c a h th ng. Bao g m ho c lo i tr s đóng góp này ph i đ c nêu rõ.

Ngu n n ng l ng: N ng l ng đ c l y t nhi u ngu n khác nhau, bao g m than, đi n h t nhân, th y đi n, khí t nhiên, d u khí, gió, n ng l ng m t tr i, ch t th i r n, và sinh kh i g . Nhiên li u là hoán đ i cho nhau, đ n m t m c đ cao, d a trên hàm l ng n ng l ng c a h . Ví d , m t công ty đi n l c quy t đ nh lo i nhiên li u ho c ngu n n ng l ng khác đ s d ng d a trên chi phí trên m t đ n v n ng l ng. Ti n ích và có th làm nhi u hình th c s d ng các ngu n n ng l ng, làm cho có th là m t quy t đ nh kinh t d a trên các chi phí n ng l ng cho m i kilowatt-gi đi n đ c t o ra. Công ty s n xu t c ng có th ch n trong s các ngu n n ng l ng trên c s t ng t . Tuy nhiên, lý do khác h n so v i chi phí, ch ng h n nh tình tr ng khan hi m ho c khí th i đ i v i môi tr ng, c ng nh h ng đ n quy t đ nh c a ngu n n ng l ng. Ví d , trong th i k thi u h t d u khí, tìm ki m s n ph m mà ch y u là s d ng các ngu n n ng l ng phi d u m có th đ c mong mu n. Vì lý do đó, hàng t n kho nên đ c tr ng cho nhu c u n ng l ng theo các ngu n c b n c a n ng l ng. Do đó, nó s xem xét không ch đi n, mà còn là ngu n c b n (nh than, đi n h t nhân, th y đi n, khí thiên nhiên và d u m ) s n xu t đi n. i n: cân nh c liên quan đ n đi n l c bao g m các ngu n nhiên li u đ c s d ng đ t o ra đi n n ng và hi u qu c a h th ng t o ra. Ti n ích đi n th ng s d ng than đá, n ng l ng h t nhân, th y đi n, khí đ t t nhiên, ho c d u đ phát đi n. Ngu n đi n không ti n ích có th bao g m n ng l ng gió, ch t th i thành n ng l ng, và n ng l ng đ a nhi t. Xác đ nh chính xác s d ng n ng l ng đi n và khí th i liên quan đ t ra m t s bi n ch ng, ch ng h n nh liên quan vi c s d ng đi n th c t c a m t ng i s d ng duy nh t đ các nhiên li u th c t s d ng.

M c dù m t công ty đ c thanh toán các hóa đ n c a mình cho m t ti n ích đ c bi t, các công ty không ch đ n gi n là mua đi n t nhà máy g n nh t. M t khi đi n đ c t o ra và đ a vào đ ng dây đi n, nó là không th phân bi t đi n t b t c ngu n nào khác. Tr m phát đi n cá nhân thu c s h u c a m t ti n ích nh t đ nh có th s d ng các lo i nhiên li u khác nhau. i n đ c t o ra b i các tr m là "h n h p" trong đ ng dây c a ti n ích. Các ti n ích đ c k t n i v i các ti n ích lân c n (c ng s d ng các lo i nhiên li u khác nhau), đ t o thành l i đi n khu v c, sau đó k t n i đ t o thành m t l i đi n qu c gia.

68

Mô hình tính toán đang đ c s d ng đ th c hi n hàng t n kho vòng đ i c a đi n M d a trên s pha tr n nhiên li u trong l i đi n khu v c ho c trên m c trung bình qu c gia. Trong nhi u tr ng h p m t ngành công nghi p n m r i rác trên kh p n c M , s pha tr n nhiên li u cho l i đi n qu c gia (có s n t M B N ng l ng) có th đ c s d ng, làm cho tính toán d dàng h n mà không b m t đ chính xác. D li u cho n m 2004 đ c th hi n trong B ng 3.1.

B ng 3. 1.Qu c gia Hoa K Nhiên li u Than H t nhân Th y đi n Khí đ t t Nhiên D u Sinh kh i Khác T ng

i nl

i nhiên li u Mix n m 2004

Gigawat gi 1976333 788556 261545 714600 117591 60042 34741 3953408

Ph n tr m 50 19.9 6.6 18.1 3 1.5 0.9 100

Hi u qu n ng l ng c a các thi t b phát đi n và h th ng phân ph i c ng ph i đ c xem xét. Vi c chuy n đ i lý thuy t t các đ n v n ng l ng chung c a kWh cho các đ n v nhiên li u chung (megajoules) là 3,61 MJ cho m i kWh. Lý t ng nh t, các nhà phân tích s tính toán m t hi u qu c th d a trên th h h n h p nhiên li u đi n th c t s d ng. Giá tr này có ngu n g c b ng cách so sánh các lo i nhiên li u th c t tiêu th c a ngành công nghi p phát đi n trong l i thích h p trong khu v c và qu c gia đ th c t kilowatt-gi đi n cung c p cho công vi c h u ích. Giá tr bao g m n i h i không hi u qu và thi t h i đ ng dây truy n t i. Tuy nhiên, m t s chuy n đ i là 11,3 MJ cho m i kWh có th đ c s d ng trong nhi u tr ng h p đ ph n ánh th c t s d ng nhiên li u đ cung c p đi n cho ng i tiêu dùng t l i đi n qu c gia. i n h t nhân: thay th đi n h t nhân cho nhiên li u hóa th ch trong s n xu t đi n.

Không có đo l ng n ng l ng h t nhân tr c ti p t ng đ ng v i joules nhiên li u hóa th ch, n ng l ng h t nhân vì v y th ng đ c đo nh t ng đ ng nhiên li u hóa th ch c a nó. N ng l ng precombustion c a đi n h t nhân th ng đ c thêm vào các giá tr t ng đ ng nhiên li u. N ng l ng precombustion bao g m có khai thác, ch bi n, c ng nh nhu c u n ng l ng gia t ng cho nhà máy đi n che ch n.

Th y đi n: H u h t các nhà nghiên c u truy n th ng có tính th y đi n m c n ng l ng c a nó t ng đ ng lý thuy t 3,61 MJ cho m i kWh, v i không precombustion tác đ ng bao g m. Không có y u t precombustion đ c s d ng cho th y đi n vì n c không có m t giá tr n ng l ng v n có mà t đó dòng t n th t truy n t i, vv, có th đ c tr . S đóng góp c a các thi t b v n là nh trong ánh sáng c a n ng l ng th y đi n đ c t o ra b ng cách s d ng thi t b . Phá v h sinh thái đi n hình đã không đ c xem xét trong hàng t n kho. Tuy nhiên, các bi n pháp ki m kê đ nh l ng mà có th phù h p v i đ c tr ng các v n đ có liên quan, ch ng h n nh m t môi tr ng s ng do chuy n đ i s d ng đ t, có kh n ng có th đ c bao g m. Y u t gi i quy t thi t h i di n tích, th i gian ph c h i, và ch c n ng c a h sinh thái đang đ c xem xét đ đ a vào phân tích tác đ ng.

69

Yêu c u l ng n c nên đ c bao g m trong m t phân tích ki m kê vòng đ i. m t s n i, n c d i dào. D c theo b bi n, n c bi n có th s d ng cho các m c đích s n xu t ho c làm mát khác. Tuy nhiên, nh ng n i khác n c đang thi u và ph i đ c phân b cho m c đích s d ng c th . M t s khu v c có n c d i dào trong m t s n m và ngu n cung h n h p trong các n m khác. M t s ng d ng công nghi p tái s d ng n c v i ít n c m i hay trang đi m c n thi t. Trong các ng d ng khác, tuy nhiên, m t l ng l n nguyên li u đ u vào n c m i đ c yêu c u ..

Làm th nào n c s đ c đ a vào m t hàng t n kho? M c đích c a vi c ki m kê là đ đo l ng, trên m t đ n v s n ph m, gallon n c yêu c u đ i di n cho n c không có s n đ s d ng mang l i l i ích (ch ng h n nh chuy n h ng, môi tr ng s ng d i n c, và n c u ng). N c rút t m t dòng su i, đ c s d ng trong m t quá trình, x lý, và đ c thay th trong b n ch t cùng ch t l ng và trong cùng m t v trí không nên đ c bao g m trong các d li u hàng t n kho s d ng n c. Lý t ng nh t, n c rút t n c ng m và sau đó th i ra m t ngu n n c b m t nên đ c bao g m, vì n c ng m là không thay th đ duy trì m c đích mang l i l i ích c a nó. D li u đ làm cho s khác bi t này có th khó kh n đ có đ c trong m t nghiên c u chung chung mà thông tin c th là không có s n.

Trong th c t , s l ng n c đ c c tính là s d ng tiêu hao net. S d ng tiêu hao nh m t chu k đ u vào hàng t n kho là ph n nh c a t ng s thu h i n c t ngu n n c m t ho c n c ng m ho c đ c k t h p vào các s n ph m, đ ng s n ph m (n u có), ho c các ch t th i, ho c b b c h i. Nh trong tr ng h p t ng quát c a tái t o so v i các ngu n tài nguyên không th tái t o, xác đ nh giá tr m c đ mà các n c ho c là không replenishable là t t nh t còn l i đ đánh giá tác đ ng.

3.4.2.2.

u ra c a s n ph m Life-Cycle phân tích hàng t n kho

M t truy n th ng hàng t n kho đ tiêu chu n ba lo i thông môi tr ng hay phát th i: l ng phát th i khí, ch t th i qua đ ng n c, và ch t th i r n. S n ph m và đ ng s n ph m này c ng đ c đ nh l ng. M i l nh v c đ c th o lu n chi ti t h n trong các ph n sau. H u h t hàng t n kho xem xét phát hành môi tr ng đ c th i th c t (sau khi thi t b đi u khi n) c a các ch t ô nhi m ho c các tài li u khác t m t quá trình ho c ho t đ ng đ c đánh giá. Hàng t n kho th c t l ch s đã ch bao g m khí th i quy đ nh cho m i quá trình này do h n ch v ngu n d li u. Chúng tôi đ ngh các nhà phân tích thu th p và báo cáo t t c các d li u có s n trong l p b ng chi ti t các k t qu đ u ra h th ng ph . Trong m t nghiên c u không nh m m c đích so sánh s n ph m, t t c các ch t gây ô nhi m nên đ c bao g m trong các bài thuy t trình tóm t t.

M t nghiên c u so sánh cung c p hai tùy ch n. u tiên là đ bao g m trong trình bày tóm t t ch có d li u có s n đ l a ch n thay th đang đ c xem xét. u đi m c a ph ng án này là nó cung c p cho m t bài thuy t trình so sánh đ c c a t i tr ng t t t c các l a ch n thay th . i m b t l i là thông tin có kh n ng do h u qu , mà ch có s n cho m t s các l a ch n thay th , có th không đ c s d ng. L a ch n th hai là đ báo cáo t t c các d li u th ng nh t li u có s n hay không. Trong vi c s d ng tùy ch n này, các nhà phân tích c nh báo nên ng i s d ng không rút ra b t k k t lu n v hi u ng t ng đ i các ch t ô nhi m, n i d li u so sánh là không có s n. "T ng đ ng" đ c s d ng đây có ngh a là các ch t gây ô nhi m nh nhau. Ví d , trong m t b n tóm t t các d li u trên m t t gi y t y tr ng so v i l a ch n thay th bao bì nh a, d li u v phát th i dioxin có th đ c ph c v cho các s n ph m gi y. L a ch n th hai là đ ngh cho nghiên c u n i b và cho các nghiên c u bên ngoài n i b i c nh thích h p có th đ c cung c p.

70

L ng khí th i trong khí quy n đ c báo cáo trong đ n v tr ng l ng và bao g m t t c các ch t phân lo i là ch t gây ô nhi m m i đ n v tr ng l ng c a đ u ra s n ph m.

Nh ng phát th i nói chung đã ch bao g m nh ng ch t theo yêu c u c a c quan qu n lý đ đ c theo dõi nh ng c n đ c m r ng n u kh thi. Các s li u báo cáo đ i di n cho phóng th c t vào khí quy n sau khi đi qua các thi t b ki m soát khí th i hi n t i. M t s l ng khí th i, nh khí th i k ch y tr n t van ho c các khu v c l u tr , có th không đi qua các thi t b ki m soát tr c khi th i ra môi tr ng. L ng khí th i không khí t s n xu t và quá trình đ t cháy nhiên li u cho quá trình v n chuy n n ng l ng (khí th i liên quan đ n nhiên li u), c ng nh l ng khí th i quá trình, đ c bao g m trong vi c ki m kê vòng đ i.

L ng khí th i trong khí quy n đi n hình là các h t, các oxit nit , các h p ch t d bay h i h u c (VOCs), oxit l u hu nh, khí carbon monoxide, aldehyde, amoniac, và chì. Danh sách này không bao g m t t c c ng không ph i là m t danh sách tiêu chu n trong đó l ng khí th i nên đ c bao g m trong vi c ki m kê vòng đ i. ngh th c hành là đ có đ c và báo cáo d li u khí th i trong các hình th c speciated nh t có th . M t s khí th i, ch ng h n nh các h t b i và VOC, là v t li u t ng h p c a nhi u nguyên li u mà c th trang đi m có th khác nhau t quá trình x lý. T t c l ng khí th i mà có nh ng d li u có th đ t đ c nên đ c bao g m trong hàng t n kho. Do đó, l ng khí th i c th báo cáo cho b t k h th ng, h th ng ph , quá trình s thay đ i tùy theo ph m vi c a hóa ch t qui đ nh và nonregulated.

M t s v t li u, ch ng h n nh carbon dioxide và t n th t h i n c do b c h i (không ph i trong đó là m t phát th i khí quy n đi u ch nh đ i v i h u h t các quy trình), không đ c bao g m trong h u h t các nghiên c u hàng t n kho trong quá kh . Quy đ nh v l ng khí carbon dioxide đang thay đ i nh các cu c tranh lu n xung quanh hi u ng nhà kính và bi n đ i khí h u toàn c u ti p t c và các mô hình s d ng cho d đoán c a nó đ c s a đ i. Bao g m l ng khí th i này đang n i lên m i quan tâm đ c khuy n khích.

N c th i đ c báo cáo trong đ n v tr ng l ng và bao g m t t c các ch t th ng đ c coi là các ch t ô nhi m trên m t đ n v s n l ng s n ph m. Các ch t th i thông th ng đã bao g m ch nh ng m t hàng theo yêu c u c a c quan qu n lý, nh ng danh sách s đ c m r ng nh là d li u có s n. Các giá tr n c th i bao g m các kho n v n còn hi n di n trong dòng th i sau khi x lý n c th i, và đ i di n cho phóng th c t vào nh n n c. i v i m t s phiên b n, ch ng h n nh s c tràn tr c ti p vào nh n n c, các thi t b đi u tr không đóng vai trò trong nh ng gì đ c báo cáo. i v i m t s tài li u, ch ng h n nh n c ngâm n c mu i trích v i d u thô và reinjected vào s hình thành, quy đ nh hi n hành c a Hoa K không xác đ nh v t li u nh đ ng n c th i, m c dù h có th đ c xem xét trong quy đ nh ch t th i r n theo b o t n tài nguyên và o lu t Ph c h i (RCRA). Ch t th i l ng khác c ng có th đ c sâu c ng tiêm và nên đ c bao g m. Nói chung, đ nh ngh a r ng h n v khí th i trong m t hàng t n kho vòng đ i, trái ng c v i quy đ nh, s ng h bao g m các dòng nh v y. , Có th nói, t m t quan đi m phân tích h th ng, mà v t li u nh n c mu i nên đ c tính là b n phát hành t các h th ng ph vì h v t qua ranh gi i h th ng ph . N u ch t th i và s c tràn x y ra th i ra bi n ho c m t s c quan khác c a n c, các giá tr này luôn luôn báo cáo là ch t th i.

Nh v i các ch t th i khí, ch t th i qua đ ng n c t s n xu t và quá trình đ t cháy nhiên li u (khí th i liên quan đ n nhiên li u), c ng nh l ng khí th i quá trình, đ c bao g m trong vi c ki m kê vòng đ i. M t s các ch t th i qua đ ng n c th ng đ c báo cáo nh t là nhu c u sinh h c oxy (BOD), nhu c u oxy hóa h c (COD), ch t r n l l ng, ch t r n hòa tan, d u m , sulfide, s t, crôm, thi c, các ion kim lo i, xyanua, florua, phenol,

71

ph t phát, và amoniac. M t l n n a, b ng li t kê này phát th i không có ngh a là m t tiêu chu n cho nh ng gì nên đ c bao g m trong m t hàng t n kho. M t s ch t th i qua đ ng n c, ch ng h n nh BOD và COD, bao g m nhi u thành ph n v t li u có th thay đ i t quá trình x lý. Ch t th i qua đ ng n c th c t s khác nhau cho m i h th ng ph thu c vào ph m vi c a các hóa ch t qui đ nh và nonregulated.

Ch t th i r n bao g m t t c các v t li u r n đ c x lý t t t c các ngu n trong h th ng. Quy đ nh c a Hoa K bao g m các ch t l ng nh t đ nh và các lo i khí trong đ nh ngh a là t t. Ch t th i r n thông th ng đ c báo cáo theo tr ng l ng. M t s phân bi t trong b n tóm t t d li u gi a các ch t th i r n công nghi p và ch t th i r n sau khi ng i tiêu dùng, nh chúng th ng đ c x lý theo nh ng cách khác nhau và, trong m t s tr ng h p, t i các c s khác nhau. Ch t th i r n công nghi p đ c p đ n các ch t th i r n phát sinh trong quá trình s n xu t m t s n ph m c a nó bao bì và th ng đ c chia thành hai lo i: quy trình ch t th i r n và ch t th i r n liên quan đ n nhiên li u. Qua s d ng ch t th i r n liên quan đ n bao bì s n ph m / m t khi nó đã đáp ng đ c m c đích s d ng c a nó và đ c b đi vào thành ph dòng ch t th i r n.

Quá trình ch t th i r n là ch t th i phát sinh trong quá trình th c t , ch ng h n nh v t li u trang trí ho c ch t th i không đ c tái ch , c ng nh c n và ch t r n t các thi t b ki m soát khí th i. Lãng phí nhiên li u liên quan đ n là ch t th i r n s n xu t t s n xu t và quá trình đ t cháy nhiên li u cho giao thông v n t i và ho t đ ng quá trình này. D l ng nhiên li u đ t, ch t th i khai thác khoáng s n và các ch t r n t các thi t b ki m soát không khí ti n ích là nh ng ví d c a ch t th i nhiên li u có liên quan.

T i Hoa K , ch t th i m và quá t i th ng không đ c quy đ nh nh ch t th i r n.

Tuy nhiên, các quy đ nh yêu c u quá t i ph i đ c thay th trong khu v c nói chung mà t đó nó đã đ c g b . H n n a, h u qu môi tr ng liên quan đ n vi c lo i b các ch t th i m và t p ch t nên đ c bao g m. Các quy đ nh không yêu c u ch t th i r n công nghi p đ c x lý ra kh i trang web. Vì v y, các nhà nghiên c u c g ng đ báo cáo t t c các ch t th i r n t quá trình công nghi p dành cho x lý, cho dù ra kh i trang web ho c đ a ph ng. Trong l ch s , không phân bi t đã đ c th c hi n gi a nguy hi m và không nguy hi m ch t th i r n, ch t th i c ng nh ch a t ng đ c mô t c th . Tuy nhiên, theo quan đi m c a các tác đ ng môi tr ng có kh n ng khác nhau, các nhà phân tích s tìm th y nó h u ích đ gi i thích đ c nh ng ch t th i riêng, đ c bi t là n u đánh giá tác đ ng s đ c ti n hành.

Các s n ph m đ c xác đ nh b i các h th ng ph và / ho c h th ng đ c đánh giá.

Nói cách khác, m i h th ng s có m t s n ph m k t qu , liên quan đ n toàn b h th ng v i. S n ph m h th ng ph này có th đ c coi là m t trong hai nguyên li u, nguyên li u trung gian đ i v i m t h th ng khác v i, ho c các s n ph m hoàn thi n c a h th ng.

M t l n n a b ng cách s d ng xà phòng thanh d , khi ki m tra các h th ng ph đóng gói th t, th t, m đ ng v t, da, máu và t t c s đ c coi là k t qu đ u ra s n ph m.

Tuy nhiên, b i vì ch có m đ ng v t đ c s d ng trong các h th ng thanh xà phòng, m đ ng v t đ c coi là s n ph m duy nh t t h th ng con. T t c các k t qu đ u ra các v t li u khác (không phát hành nh là ch t th i, khí th i) đ c coi là đ ng s n ph m. N u đánh giá vòng đ i đ c th c hi n trên m t s n ph m nh m t ví da, da s đ c coi là s n ph m t các h th ng ph đóng gói th t, và t t c các k t qu đ u ra khác s đ c coi là đ ng s n ph m.

M c dù cho xà phòng thanh m đ ng v t đ c coi là s n ph m t các h th ng ph đóng gói th t, nó là cùng m t lúc m t v t li u trung gian trong h th ng thanh xà phòng.

72

Nh v y, t nh ng ví d này ta có th th y r ng phân lo i v t li u nh m t s n ph m trong m t nghiên c u chu k s ng ph thu c, m t ph n vào m c đ c a h th ng đ c ki m tra, ví d , v trí mà t đó các tài li u đ c xem ho c quan đi m c a nhà phân tích c a xem.

3.4.2.3. V n chuy n Ki m kê vòng đ i bao g m các yêu c u n ng l ng và khí th i t các yêu c u giao thông v n t i gi a các h th ng con cho c phân ph i và x lý ch t th i. D li u giao thông đ c báo cáo trong d m ho c km v n chuy n. Kho ng cách này sau đó đ c chuy n đ i thành đ n v t n-d m ho c t n-km, đó là m t bi u hi n liên quan đ n tr ng l ng c a lô hàng và kho ng cách v n chuy n. V t li u th ng đ c v n chuy n b ng đ ng s t, xe t i, sà lan, đ ng ng, và đ i d ng v n chuy n. Hi u qu c a t ng ph ng th c v n t i đ c s d ng đ chuy n đ i các đ n v t n-d m vào đ n v nhiên li u (ví d , gallon nhiên li u diesel). Các đ n v nhiên li u sau đó đ c chuy n đ i sang đ n v n ng l ng, và tính toán đ c th c hi n đ xác đ nh l ng khí th i sinh ra t quá trình đ t cháy nhiên li u.

Ph ng pháp này đánh giá giao thông v n t i tránh b t k vô ý đôi đ m n ng l ng v n chuy n, l ng khí th i. Giao thông v n t i đ c báo cáo ch dành cho các s n ph m quan tâm t m t h th ng con và không cho b t k đ ng s n ph m c a các h th ng ph , b i vì đi m đ n c a các đ ng s n ph m không ph i là m t v n đ . Các nguyên v t li u cho các thanh h th ng s n xu t xà phòng, ví d , bao g m mu i t khai thác m mu i và cây thu ho ch t r ng t nhiên. Áp d ng các m u đ hai h th ng con này cho th y r ng vi c v n chuy n mu i t ho t đ ng khai thác và v n chuy n cây t các ho t đ ng khai thác g ph i đ c bao g m trong các d li u thu th p đ c cho các h th ng con.

Mu i đ c v n chuy n đ n clo / natri hydroxit nhà máy, và các lo i cây đ c v n chuy n đ n nhà máy b t gi y. Áp d ng các m u đ các h th ng con cho th y r ng vi c v n chuy n clo và natri hydroxit t nh ng nhà máy nhà máy b t gi y là m t ph n c a s n xu t clo và h th ng ph natri hydroxit. T ng t nh v y, vi c v n chuy n b t gi y nhà máy là m t ph n c a nhà máy b t gi y h th ng ph . Vi c v n chuy n nguyên li u, mu i, và cây vào các h th ng con (s n xu t clo, s n xu t hydroxit natri, và nhà máy b t gi y) hi n đang đ c đánh giá đã đ c tính vào đánh giá c a vi c khai thác mu i và các h th ng khai thác r ng t nhiên. Áp d ng các m u trên toàn h th ng xà phòng thanh cho th y đánh giá c a giao thông v n t i k t thúc v i các phân h qu n lý ch t th i đã qua s d ng, trong đó ch t th i có th đ c v n chuy n đ n m t trang web x lý rác th i. ng tr c có th là m t tình hu ng mà có m t s ch ng chéo gi a vi c v n chuy n liên quan đ n phân ph i s n ph m và giao thông v n t i liên quan đ n tái ch c a s n ph m ho c m t s n ph m khác nhau sau khi s d ng c a ng i tiêu dùng. M t truy n d n đã đ c mô t là x y ra khi m t chi c xe t i, đ ng s t v n chuy n có t i tr ng l i nhu n trong m t h ng và s n sàng ch p nh n m t m c giá gi m cho m t di chuy n theo h ng tr l i.

C h i truy n d n x y ra khi nhu c u v n chuy n hàng hóa trong m t khu v c t ng đ i th p và các tàu sân bay có đ ng c tài chính đ di chuy n xe c a h , t i ho c tr ng r ng, đ n m t n i mà nhu c u v v n t i hàng hóa cao h n. Do giá v n chuy n th p h n, v t li u tái ch , đ c bi t là gi y và nhôm, th ng đ c v n chuy n b ng đ ng tr c. Do đó, m t tàu sân bay có th có m t t i tr ng c a bài báo m i t m t nhà máy cho khách hàng trong m t khu v c đô th và nh n vô s gi y ph li u trong cùng m t khu v c đ đ a chúng tr l i nhà máy. Trong k ch b n này, đ ng tr c có th làm gi m n ng l ng và phát th i liên quan đ n phân ph i c a m t s n ph m (làm t gi y m i) b ng n ng l ng và khí th i giao liên quan đ n m t chuy n đi tr l i s n ph m nào đ gi y ph li u tái ch .

73

3.4.2.4. Phân b h p s n ph m Quá trình công nghi p nh t là quá trình v t lý và / ho c hóa h c. Các nguyên t c c b n c a hàng t n kho vòng đ i d a trên m t mô hình h th ng trong m t cách mà các giá tr tính toán h p lý đ i di n cho th c t xu t hi n (đo l ng đ c). M t s quy trình t o ra nhi u dòng s n l ng thêm vào dòng th i. Trong LCA attributional, ch có m t s các dòng s n l ng là m i quan tâm đ i v i các s n ph m chính đang đ c đánh giá . Th i h n h p s n ph m đ c s d ng đ xác đ nh t t c các dòng s n l ng khác h n so v i s n ph m chính mà không lãng phí su i và không đ c s d ng làm nguyên li u nh ng n i khác trong h th ng ki m tra trong hàng t n kho. ng s n ph m đ c quan tâm ch đ n đ h không còn nh h ng đ n các s n ph m chính, t c là s n ph m đó là m t ph n c a h th ng chu k cu c s ng đang đ c nghiên c u. L c d u ti p theo c a h p s n ph m không n m trong ph m vi phân tích, nh là v n chuy n đ ng s n ph m cho các c s đ ch bi n thêm. M t c s đ phân b h p s n ph m c n ph i đ c l a ch n v i s chú ý c n th n tr cho các h ng m c c th tính toán. M i h th ng công nghi p ph i đ c x lý trên c s t ng tr ng h p c th vì không có c s phân b t n t i mà luôn luôn đ c áp d ng.

Hình 3. 3.Phân b ngu n l c và gánh n ng môi tr ng trên m t c s hàng lo t cho m t s n ph m và đ ng s n ph m (Ngu n: EPA 1993)

Hình 3. 4. Phân b đ ng s n ph m cho s n ph m "A"

74

Hình 3. 5. Phân b đ ng s n ph m cho s n ph m "B" Trong th c t , ranh gi i đ phân tích đ c rút ra gi a các s n ph m chính và các đ ng s n ph m, v i t t c các v t li u và các ph t i môi tr ng do đ ng s n ph m là ngoài ph m vi c a phân tích. Ví d , vi c s n xu t các axit béo t m đ ng v t đ s n xu t xà phòng t o ra glycerine, m t dòng th c p đ c thu th p và bán. Glycerine, do đó, đ c coi là m t đ ng s n ph m, ch bi n và s d ng c a nó s đ c bên ngoài ph m vi phân tích xà bông.

C s đ phân b đ ng s n ph m: B c đ u tiên là đ đi u tra b t k quá trình ph c t p trong chi ti t và c g ng đ xác đ nh quy trình con đ n v s n xu t các s n ph m quan tâm. N u đ y đ chi ti t có th đ c tìm th y, không phân b đ ng s n ph m là c n thi t.

Hàng lo t các quy trình con s n xu t các s n ph m ch có th đ c tóm t t. Nhi u nhà máy s n xu t kim lo i minh h a cho cách ti p c n này. Trong s n xu t s n ph m thép, t t c các s n ph m đ c th c hi n b i tan các nguyên li u thô, s n xu t s t, và sau đó s n xu t thép thô. Các b c này đ c theo sau là m t lo t các ho t đ ng hoàn thi n mà là duy nh t cho t ng dòng s n ph m. Nó th ng có th xác đ nh các quy trình con đ c bi t trong trình t hoàn thi n m i s n ph m và thu th p đ d li u đ th c hi n ki m kê vòng đ i không phân b đ ng s n ph m. Trong nhi u tr ng h p, phân tích k l ng các h th ng đ n v s tránh đ c s c n thi t ph i phân b đ ng s n ph m. Tuy nhiên, trong m t s tr ng h p, ch ng h n nh m t tàu ph n ng hóa h c duy nh t mà s n xu t các s n ph m khác nhau, không có ph ng pháp phân tích cho s ch tách các quy trình con. Trong ví d này, phân b h p s n ph m là c n thi t.

Các nhà phân tích c n ph i xác đ nh các tài nguyên c th và lo i môi tr ng đòi h i ph i nghiên c u. i v i m t s n ph m nh t đ nh, phân b h p s n ph m khác nhau có th đ c th c hi n v i ngu n tài nguyên khác nhau và các lo i môi tr ng. tìm các nguyên li u c n thi t đ s n xu t m t s n ph m, m t s cân b ng kh i l ng đ n gi n s giúp theo dõi các nguyên li u đ u vào khác nhau vào các tài li u đ u ra.

N u m t quá trình s n xu t s n ph m hóa ch t khác nhau, c n ph i th n tr ng trong vi c phân tích. Nó s là c n thi t đ vi t các ph ng trình hóa h c cân b ng và theo dõi các hóa h c l ng pháp hóa h c t các nguyên li u thô thành các s n ph m. M t ph ng pháp phân b kh i l ng đ n gi n, th ng cho k t qu h p lý, nh ng không ph i luôn luôn.

Trong tính toán n ng l ng, nhi t đ ph n ng có th là c s thích h p đ phân b n ng l ng cho các đ ng s n ph m khác nhau.

75

N u các hóa ch t đ ng s n ph m khác nhau là khá khác nhau trong t nhiên, m t s ph ng pháp phân b khác có th c n thi t. Ví d , m t t bào đi n có th s n xu t hydro và oxy t n c. M i phân t n c đòi h i hai electron đ s n xu t hai nguyên t hydro và m t nguyên t oxy. Trên c s v mô, đi n s n xu t m t mol (ho c hai gam) c a hydro ch s n xu t m t n a n t ru i (ho c 16 gram) c a oxy. Nh v y, n ng l ng đi n đ u vào s đ c phân b gi a hydro và oxy đ ng s n ph m trên c s phân t . ó là, hai ph n ba n ng l ng s đ c phân b cho hydro và m t ph n ba đ n oxy, d n đ n n ng l ng trên m t đ n v kh i l ng cho hydro là 16 l n so v i oxy. Tuy nhiên, b o toàn kh i l ng đ c s d ng đ xác đ nh các yêu c u v t ch t. M i n t ru i n c (18 gram) ch a hai gram c a các nguyên t hydro và 16 gram c a các nguyên t oxy, và phân ly c a các k t qu n c trong hai gam hydro và 16 gram ôxy. Vì v y, vi c phân b kh i l ng s là thích h p cho các tính toán nguyên v t li u trong ví d này. i v i khí th i môi tr ng t m t quá trình nhi u s n ph m, phân b khác nhau đ h p tác s n ph m có th không đ c t t. Ví d , trong m t t bào s n xu t n c mu i natri, clo, và hydro nh các đ ng s n ph m, nó có th là h p d n đ liên k t b t k khí th i có ch a clo v i clo đ ng s n ph m m t mình. Tuy nhiên, do natri và hydrogen c ng đ c s n xu t b i cùng m t t bào và không th đ c s n xu t t t bào này không còn s n xu t clo, t t c l ng khí th i ph i đ c coi là ch t th i chung. Câu h i đ t ra là làm th nào đ phân b l ng khí th i clo (c ng nh l ng khí th i khác) cho t t c ba s n ph m.

Có ý ki n cho r ng giá bán c a các đ ng s n ph m có th đ c s d ng nh m t c s cho vi c phân b này. B i vì giá bán c a các đ ng s n ph m khác nhau có th khác nhau r t nhi u v i th i gian và v i th tr ng c nh tranh đ c l p cho m i đ ng s n ph m, m t cách ti p c n d a trên th tr ng s ph i thích ng bi n đ i nh v y, b ng cách s d ng giá tr trung bình dao đ ng trong vài n m, ho c t ng t ph ng pháp.

H n n a, có ý ki n cho r ng khái ni m "nhu c u c a s n ph m có th đ c s d ng đ tránh phân b . Ý t ng là đ nh n ra khi m t quá trình đ c t o ra v i m c đích t o ra m t s n ph m chính duy nh t quan tâm, t c là nhu c u. Các s n ph m và ch t th i đ c t o ra nh m t k t qu c a nhu c u s n xu t s n ph m này đ c coi là ng u nhiên, bao g m c nh ng ng i có th đã tìm th y m t th tr ng trong nh ng n m qua. Vì v y, t t c các v n đ môi tr ng đ c phân b cho các s n ph m theo yêu c u.

M t v n đ cu i cùng là s khác bi t gi a ch t th i biên và đ ng s n ph m. Trong m t s tr ng h p nó không ph i là rõ ràng cho dù v t li u là m t s lãng phí ho c m t đ ng s n ph m. M t ví d gi đ nh có th là m t khoáng s n có giá tr x y ra là 0,1 ph n tr m m t qu ng. Cho m i pound s n ph m khoáng s n, 999 kg nguyên li u không c n thi t đ c t o ra. Ph li u này có th tìm th y s d ng nh m t t ng h p đ ng. Nh v y, nó có giá tr và chi m ch u n th ng m i khác và d ng nh là m t đ ng s n ph m cùng v i các khoáng s n có giá tr . Tuy nhiên, giá tr c a nó là r t th p và trong m t s tr ng h p, nó ch đ n gi n là có th đ c đ tr l i trên m t đ t do th tr ng h n ch . Cho dù các tài li u này đ c coi là m t s lãng phí ho c m t đ ng s n ph m có th có m t tác đ ng đáng k vào k t qu c a m t s n ph m t n kho vòng đ i. Nó không có v h p lý đ s d ng m t ch ng trình phân b kh i l ng đ n gi n đây. Nó là h p lý h n khi gi đ nh r ng t t c các ngu n n ng l ng khác và l ng khí th i liên quan đ n quá trình này phát sinh vì mong mu n cho các s n ph m khoáng s n có giá tr . Tuy nhiên, có m t s tr ng h p "ch t th i" có biên, nh ng giá tr l n h n ví d s d ng đây.

Nó tr nên khó kh n trong m t s tr ng h p đ xác đ nh chính xác mà các ph ng pháp phân b h p s n ph m đã nói trên là nh t "chính xác." M t vai trò quan tr ng c a

76

hàng t n kho là đ cung c p thông tin trên đó đánh giá tác đ ng và phân tích có th đ c c i thi n d a. Trong tr ng h p không có gi i pháp v ph ng pháp lu n rõ ràng, hàng t n kho bao g m tính toán l a ch n h p lý ho c áp d ng phân tích đ nh y đ xác đ nh hi u qu c a giao trên k t qu cu i cùng. Nó v n còn m t s th i gian sau đó đ làm cho b n án nh mà m t s l a ch n thay th h p lý là m t trong nh ng chính xác. Trong m i tr ng h p, c n làm rõ v n đ gi đ nh đã đ c th c hi n và nh ng gì các th t c đ c s d ng.

3.4.2.5. Ph li u công nghi p M t trong nh ng dòng s n ph m đ ng quan tâm đ c bi t là ph li u công nghi p.

Thu t ng này đ c s d ng đ xác đ nh c th quy trình ch t th i c a các giá tr (ph li u trang trí và v t li u off-spec) đ c s n xu t nh m t ph n c a m t quá trình s n xu t. H n n a, các ch t th i đã đ c thu th p và s d ng nh nguyên li u đ u vào cho quá trình s n xu t b sung. Tiêu chu n cu i cùng là các ph li u ch a bao gi đ c s d ng nh d đ nh ban đ u khi s n xu t. Ví d , m t s n ph m polyurethane chung là gh ng i cho xe ô tô. Các trang trí t vi c ch t đ m là không bao gi đ c đ a vào đ m gh . T ng t nh v y, đ m gh ra-spec bán nh ph li u công nghi p không bao gi đ c s d ng nh gh ng i, nh ng đ c s d ng nh nguyên li u đ u vào cho quá trình khác.

M t s phân bi t c n th n ph i đ c th c hi n gi a ph li u công nghi p và ch t th i đã qua s d ng cho vi c phân b thích h p trong hàng t n kho. N u ph li u công nghi p s đ c thu th p và s d ng nh m t nguyên li u đ u vào cho m t h th ng ho c quá trình s n xu t, nó đ c ghi trong hàng t n kho vòng đ i nh là m t đ ng s n ph m vào th i đi m mà nó đ c s n xu t. Th t không may, các h th ng s d ng v t li u hi u qu h n, t c là, s n xu t s l ng ít h n có th bán đ ng s n ph m, gi đ nh m t t l ph n tr m cao h n c a n ng l ng th ng ngu n và phát hành b ng cách s d ng tiêu chu n.

Khi tiêu th c a m t đ ng s n ph m n m trong ranh gi i c a các phân tích, nó ph i không còn đ c coi nh là m t đ ng s n ph m, nh ng là m t s n ph m chính mang theo t t c các yêu c u n ng l ng và thông cáo môi tr ng liên quan đ n s n xu t nó, b t đ u v i vi c mua l i nguyên li u. Ví d , m t nghiên c u v th m lót bên d i đ c làm t polyurethane ph li u s bao g m các b c s n xu t đ s n xu t các ph li u polyurethane.

S n xu t ph i đ c x lý, nh là b t k h th ng ph khác c a m t hàng t n kho vòng đ i.

Ph li u công nghi p không thay nguyên li u tinh khi t, vì vi c tiêu th các ph li u công nghi p đ nh ngh a l i h th ng bao g m các v t li u nguyên ch t trong s n xu t c a nó (isocyanat và alcohol đa phân t trong tr ng h p polyurethane). M đ ng v t là m t ví d c a m t lo i v t li u mà có th đ c đ nh ngh a là m t ph li u công nghi p / đ ng s n ph m. Trong l ch s , nh ng suy ngh đã đ c r ng m t khi m t v t li u chuy n t các lo i ch t th i là m t lo i v t li u s d ng, ho c m t đ ng s n ph m, sau đó nó ph i ch u m t s gánh n ng (n ng l ng, nguyên li u / nguyên li u đ u vào trung gian, môi tr ng và phát hành) cho nó s n xu t riêng.

3.4.2.6. D li u th i gian Kho ng th i gian mà d li u đ i di n cho nên đ dài đ m n ra nh ng l ch l c, ho c các bi n th trong các ho t đ ng bình th ng c a c s m t. Các bi n th có th bao g m t t máy đ b o trì th ng xuyên, các ho t đ ng kh i đ ng, và bi n đ ng trong m c s n xu t. Thông th ng d li u có s n cho m t n m tài chính c a s n xu t, mà th ng là m t kho ng th i gian đ đ trang tr i các bi n nh v y.

77

Khi m c đích c a vi c ki m kê là tìm cách đ c i thi n ho t đ ng n i b , cách t t nh t là s d ng d li u c th cho các h th ng đang đ c ki m tra. Các lo i d li u th ng là chính xác nh t và c ng h u ích nh t trong vi c phân tích ti m n ng c i ti n v c u hình môi tr ng c a m t h th ng. Tuy nhiên, d li u cá nhân th ng đ c b o v b i m t th a thu n bí m t, và ph i đ c b o v t vi c s d ng công khai b i m t s ph ng ti n. T ng h p, d li u ngành công nghi p trung bình là thích h p h n khi k t qu ki m kê s đ c s d ng cho các ng d ng r ng rãi trên toàn ngành công nghi p, đ c bi t là trong các nghiên c u th c hi n đ s d ng công c ng. M c dù s li u t ng h p có th ít c th cho m t công ty c th , h nói chung là nhi u đ i di n c a m t ngành công nghi p nói chung. D li u t ng h p nh v y c ng có th đ c công b công khai, có nhi u có th s d ng r ng rãi, và t ng quát h n trong t nhiên. D li u t ng h p có th đ c t o ra t d li u c s c th m t cách có h th ng và xác nh n s d ng m t quá trình đánh giá ngang hàng. Bi n đ i, tính đ i di n, và các d li u khác ch s ch t l ng v n có th đ c ch đ nh cho d li u h n h p.

3.4.2.7.

c đi m đ a lý

Tài nguyên thiên nhiên và h u qu môi tr ng x y ra t i các đ a đi m c th , nh ng có nh ng tác đ ng r ng l n h n. i u quan tr ng là xác đ nh ph m vi quan tâm (khu v c so v i qu c gia, so v i qu c t ) trong m t hàng t n kho. M t c ng đ ng đ a ph ng có th quan tâm nhi u h n trong nh ng h u qu tr c ti p đ n b n thân h n trong m i quan tâm toàn c u. Nói chung, h u h t các hàng t n kho đ c th c hi n trong n c ch liên quan đ n qu c gia này. Tuy nhiên, n u phân tích cho r ng d u nh p kh u, các m d u n c m n đ c t o ra Trung ông c n đ c xem xét. Có ý ki n cho r ng k t qu ki m kê vòng đ i ch ra nhu c u n ng l ng và phát hành môi tr ng (trong t ng s h s môi tr ng c a m t s n ph m) là đ a ph ng. Tuy nhiên, do th c t là các ngành công nghi p phân b không đ u, phân khúc này có th đ c th c hi n ch sau khi m t m c đ ch p nh n đ c chính xác đ c th ng nh t. Hoa K , Canada, Tây Âu, và Nh t B n có nh ng thông tin chính xác nh t và có s n trên h u h t s d ng tài nguyên và môi tr ng phát hành. Các khía c nh toàn c u c n đ c xem xét khi th c hi n m t nghiên c u v m t h th ng bao g m các qu c gia n c ngoài ho c các s n ph m, ho c khi v trí đ a lý khác nhau là m t s khác bi t quan tr ng gi a các s n ph m ho c quy trình đ c so sánh. Nh m t s th a hi p, khi không có d li u đ a lý c th t n t i, ho t đ ng x y ra t i các qu c gia khác th ng đ c gi đ nh là gi ng nh đ i v i các đ i tác trong n c c a h . Nh ng gi đ nh và nh ng h n ch v n có liên quan đ n ng d ng c a h nên đ c ghi chép trong báo cáo hàng t n kho.

Theo quan đi m c a các quy đ nh v môi tr ng nghiêm ng t h n trong các n c phát tri n, gi đ nh này, trong khi c n thi t, th ng là không chính xác.

Cho nghiên c u hàng t n kho c a các quá trình s d ng h n h p công ngh khác nhau, phân ph i th ph n c a các công ngh có th là c n thi t đ miêu t chính xác đi u ki n cho ngành công nghi p nói chung. i u này c ng đúng c a các ngu n n ng l ng.

H u h t hàng t n kho có th d a trên d li u liên quan đ n s pha tr n nhiên li u trong l i đi n qu c gia v đi n. Có nh ng ngo i l , ch ng h n nh ngành công nghi p nhôm electroprocessing th o lu n tr c đó. Các bi n th c a lo i này ph i đ c đ a vào tài kho n khi áp d ng các ph ng pháp ki m kê vòng đ i. Ngoài ra, nh đã đ c p tr c đây, đi u ki n có th khác nhau r t nhi u qua các biên gi i qu c t .

3.4.2.8. Danh m c d li u C s d li u phát th i môi tr ng th ng ch bao g m nh ng m t hàng ho c các ch t ô nhi m theo yêu c u c a c quan qu n lý ph i đ c báo cáo. Ví d , nh đã đ c p

78

tr c đây, câu h i li u báo cáo ch có l ng khí th i quy đ nh ho c t t c l ng khí th i r t ph c t p do khó kh n trong vi c thu th p d li u v phát th i không đ c ki m soát. Trong m t s tr ng h p, l ng khí th i b nghi ng m i nguy hi m s c kh e có th không đ c yêu c u ph i đ c báo cáo c a c quan đi u ti t b i vì quá trình thêm chúng vào danh sách là ch m. M t ví d c th c a m t phát th i không đ c ki m soát là carbon dioxide, m t lo i khí nhà kính b nghi ng nh m t tác nhân chính trong s m lên toàn c u. Không có yêu c u hi n t i đ báo cáo l ng khí th i carbon dioxide, và r t khó đ có đ c d li u đo v s phát hành t quá trình khác nhau. Nh v y, k t qu cho l ng khí th i trong m t báo cáo hàng t n kho vòng đ i có th không đ c xem nh là toàn di n, nh ng h có th bao g m m t lo t các ch t gây ô nhi m. Nh m t quy lu t, đó là khuy n cáo r ng d li u thu đ c trên m t ph m vi r ng nh t có th . Thông tin tính toán hay đ nh l ng, m c dù ít h n mong mu n và ít phù h p v i tính ch t đ nh l ng c a m t hàng t n kho, v n có th h u ích.

B t c khi nào có th , d li u phát th i thông th ng, k ch y tr n, và vô tình c n đ c xem xét trong vi c phát tri n d li u cho m t h th ng ph . N u d li u v phát th i k ch y tr n và tình c là không có, và c tính đ nh l ng không th có đ c, s thi u h t này c n đ c ghi nh n trong báo cáo k t qu ki m kê. Th ng c tính có th đ c th c hi n cho khí th i ng u nhiên d a trên d li u l ch s liên quan đ n t n s và n ng đ các khí th i do tai n n kinh nghi m t i m t c s .

Khi quy t đ nh có nên bao g m tai n n, h nên đ c chia thành hai lo i d a trên t n s . Cho các s ki n t n s th p và cao đ l n, ví d nh , s c tràn d u l n, các công c khác h n hàng t n kho vòng đ i có th thích h p. Tr ng h p b t th ng r t khó đ k t h p v i m t s n ph m hay ho t đ ng c th . Th ng xuyên h n, các s ki n c ng đ th p nên đ c bao g m, có l m t s lý do đ gi s đóng góp c a h tách bi t v i ho t đ ng th ng xuyên.

Trong t t c các nghiên c u, đi u ki n biên gi i h n ph m vi ph i đ c thi t l p. Các l nh v c thi t b v n, v n đ nhân s , và x lý ch t th i không đúng th ng không đ c bao g m trong các nghiên c u hàng t n kho, b i vì h đã đ c ch ng minh là có ít nh h ng lên k t qu . Nghiên c u tr c đó đã xem xét trong vi c phân tích, nghiên c u sau này đã xác minh đóng góp t i thi u c a h v i t ng s h s h th ng. Nh v y, lo i tr các kho n đóng góp t s n xu t thi t b v n, ví d , không lo i tr m t u tiên. Quy t đ nh bao g m ho c không bao g m chúng c n l u ý rõ ràng b i các nhà phân tích.

V n Thi t b - N ng l ng và ngu n l c c n thi t đ xây d ng các tòa nhà và xây d ng thi t b công ngh c n đ c xem xét. Tuy nhiên, đ i v i h u h t các h th ng, chi phí v n đ c phân b cho m t s l ng l n các s n ph m đ c s n xu t trong th i gian t n t i c a thi t b . Vì v y, vi c s d ng tài nguyên và môi tr ng n c th i s n xu t th ng nh khi do h th ng quan tâm. N ng l ng và phát th i liên quan đ n thi t b v n có th đ c lo i tr khi s n xu t các m t hàng chính chi m m t ph n nh trong t ng s n l ng s n ph m trong su t th i gian c a thi t b .

Các v n đ nhân s - nghiên c u hàng t n kho t p trung vào các k t qu toàn di n v tiêu th s n ph m, bao g m c s n xu t. T i b t k trang web nào đó, có n c th i nhân viên liên quan đ n quá trình s n xu t c ng nh ch t th i t phòng n rác, s d ng n ng l ng, phát th i khí đi u hòa không khí, ô nhi m ngu n n c t các c s v sinh, và nh ng ng i khác. Ngoài ra, đ u vào và đ u ra trong quá trình v n chuy n nhân viên t n i c trú đ n n i làm vi c có th là đáng k , tùy thu c vào m c đích và ph m vi c a hàng t n kho. Trong nhi u tr ng h p, h u qu nhân viên là r t nh và có th s x y ra hay không

79

s n ph m đ c s n xu t. Do đó, lo i tr t hàng t n kho có th đ c bi n minh. Các nhà phân tích nên đ c rõ ràng v bao g m ho c không bao g m th lo i này. i v i nh ng v n đ này, các m c tiêu c a nghiên c u này c n đ c xem xét. N u nghiên c u này là so sánh, và m t l a ch n là khác nhau đáng k v nhân s ho c yêu c u thi t b v n, sau đó ít nh t m t đánh giá sàng l c c p nên đ c th c hi n đ h tr đ a ra quy t đ nh ho c lo i tr .

Không thích h p x lý ch t th i i v i h u h t các nghiên c u ng i ta cho r ng ch t th i đ c x lý đúng cách vào trong dòng ch t th i r n đô th ho c h th ng x lý n c th i. B t h p pháp bán phá giá, v t rác b a bãi, và các ph ng pháp x lý ch t th i không đúng cách khác th ng không đ c coi là hàng t n kho vòng đ i nh m t ph ng ti n đ x lý ch t th i r n. X lý không đúng n i đ c bi t là x y ra đâu và tác đ ng môi tr ng đ c bi t ho c nghi ng , m t tr ng h p có th đ c th c hi n bao g m các ho t đ ng này.

B

c 4: ánh giá và d n ch ng k t qu LCI

Khi vi t m t b n báo cáo đ trình bày các k t qu cu i cùng c a vi c ki m kê vòng đ i, đi u quan tr ng là đ mô t k l ng các ph ng pháp đ c s d ng trong phân tích.

Báo cáo ph i xác đ nh m t cách rõ ràng các h th ng phân tích và ranh gi i đã đ c thi t l p. T t c các gi đ nh th c hi n vi c ki m kê ph i đ c gi i thích rõ ràng. C s đ so sánh gi a các h th ng nên đ c đ a ra, và b t k t l s d ng t ng đ ng đã đ c s d ng c n đ c gi i thích.

Nghiên c u ki m kê vòng đ i t o ra m t l ng l n thông tin, th ng có tính ch t khác nhau. Các nhà phân tích c n ph i ch n m t đ nh d ng trình bày và n i dung cho phù h p v i m c đích c a nghiên c u này và không t ý đ n gi n hóa các thông tin ch vì l i ích c a trình bày nó. Trong suy ngh v trình bày k t qu , nó r t h u ích đ xác đ nh các quan đi m khác nhau đ c th hi n trong thông tin ki m kê vòng đ i. Các kích th c bao g m, nh ng có th không gi i h n, nh sau: H th ng s n ph m t ng th óng góp t ng đ i c a giai đo n đ n toàn b h th ng óng góp t ng đ i c a các thành ph n s n ph m cho các h th ng t ng th Lo i d li u trong và qua các giai đo n, ví d , s d ng tài nguyên, tiêu th n ng l ng, môi tr ng và phát hành Nhóm d li u tham s trong m t th lo i, ví d nh , khí th i, đ ng n c th i, và các lo i ch t th i r n Các thông s d li u trong m t nhóm, ví d nh , oxit l u hu nh, cacbon dioxit, clo, vv Khu v c hóa đ a lý n u có liên quan đ n vi c nghiên c u, ví d , qu c gia so v i toàn c u Thay đ i th i gian.

Các nhà phân tích vòng đ i ph i l a ch n gi a các kích th c và phát tri n m t đ nh d ng trình bày làm t ng s hi u bi t c a các k t qu mà không quá đ n gi n h . Hai lo i chính c a đ nh d ng cho k t qu trình bày là d ng b ng và đ h a. ôi khi nó r t h u ích đ báo cáo t ng k t qu n ng l ng trong khi c ng phá ra các đóng góp cho t ng n ng l ng t quá trình và n ng l ng c a ngu n nguyên li u. Ch t th i r n có th đ c chia thành ch t th i r n postconsumer và ch t th i r n công nghi p. Cá nhân không khí và ô nhi m n c ph i đ c báo cáo riêng. L ng phát th i khí, ch t th i qua đ ng n c, và ch t th i r n công nghi p c ng có th đ c phân lo i theo quá trình

80

th i / ch t th i và khí th i / ch t th i nhiên li u có liên quan. Các bài thuy t trình đ c chia nhóm nh v y có th h tr trong vi c xác đ nh và sau đó ki m soát tiêu th n ng l ng nh t đ nh và phát hành môi tr ng.

K t qu t hàng t n kho có th đ c trình bày comprehensibly nh t d i d ng b ng.

L a ch n cách các b ng c n đ c t o ra khác nhau, d a trên m c đích và ph m vi nghiên c u. N u vi c ki m kê đ c th c hi n đ giúp quy t đ nh lo i gói đ s d ng cho m t s n ph m c th , cho th y k t qu c a toàn h th ng s là cách h u ích nh t đ trình bày d li u. M t khác, khi m t phân tích đ c th c hi n đ xác đ nh m t gói có th đ c thay đ i đ gi m các phiên b n c a nó đ i v i môi tr ng, đi u quan tr ng là trình bày không ch là k t qu t ng th , nh ng c ng là đóng góp c a m i thành ph n c a h th ng đóng gói. Ví d , trong phân tích m t h th ng phân ph i ch t l ng có s d ng chai nh a, nó có th là c n thi t đ hi n th nh th nào chai, n p, nhãn, tôn h p v n chuy n, và v b c xung quanh các h p t t c các đóng góp vào t ng k t qu . Ng i s d ng do đó có th t p trung n l c c i ti n trên.

Trình bày đ h a c a thông tin giúp t ng thêm b ng d li u và có th h tr trong vi c gi i thích. C hai bi u đ c t (ho c thanh cá nhân ho c thanh x p ch ng lên nhau) và các bi u đ có giá tr trong vi c giúp ng i đ c hình dung và đ ng hóa các thông tin t quan đi m c a "t ng quy n s h u ho c tham gia vào đánh giá vòng đ i" (Werner 1991).

Tuy nhiên, các nhà phân tích nên không d li u gi ng nhau t ng h p ho c t ng h p khi t o ho c đ n gi n hóa m t đ th .

Dùng trong công nghi p n i b c a các nhà s n xu t s n ph m, bi u đ cho th y m t đ t phá c a nguyên li u, quá trình, và s d ng / x lý đã đ c tìm th y h u ích trong vi c xác đ nh các c h i gi m ch t th i.

Cho các nghiên c u bên ngoài, d li u ph i đ c trình bày trong m t đ nh d ng đáp ng m t tiêu chí c b n - rõ ràng. m b o s rõ ràng đòi h i các nhà phân tích h i và tr l i câu h i v nh ng gì m i đ th đ c thi t k đ truy n đ t. Nó có th là c n thi t đ trình bày m t s l ng l n các đ th và k t h p d li u ít h n trong m i ng i. M i ng i đ c ph i hi u đ c đáp ng mong mu n sau khi xem thông tin.

Bây gi mà d li u đã đ c thu th p và t ch c thành m t đ nh d ng này hay cách khác, tính chính xác c a các k t qu ph i đ c xác nh n. Chính xác ph i là đ đ h tr các m c đích th c hi n LCA nh quy đ nh t i m c tiêu và ph m vi (xem Ch ng 2 cho m t cu c th o lu n v đ nh ngh a m c tiêu).

K t qu c a các phân tích hàng t n kho là m t danh sách có ch a s l ng các ch t ô nhi m th i ra môi tr ng và l ng n ng l ng và v t li u tiêu th . Các thông tin có th đ c t ch c b i giai đo n vòng đ i, ph ng ti n truy n thông (không khí, n c và đ t), quy trình c th , ho c b t k s k t h p đó là phù h p v i các nguyên t c c b n quy đ nh t i Ch ng 2, m c tiêu nh ngh a và ph m trù, báo cáo yêu c u.

3.4.3.

3.4.3.1.

ánh giá tác đ ng vòng đ i ánh giá tác đ ng vòng đ i (LCIA) là gì?

ánh giá tác đ ng vòng đ i (LCIA) giai đo n c a m t LCA là đánh giá s c kh e con ng i và ti m n ng tác đ ng môi tr ng c a các ngu n tài nguyên môi tr ng và phát hành đ c xác đ nh trong LCI. ánh giá tác đ ng nên gi i quy t nh h ng s c kh e sinh thái và con ng i, nó c ng c n ph i gi i quy t c n ki t tài nguyên. M t đánh giá tác đ ng vòng đ i c g ng đ thi t l p m t m i liên h gi a các s n ph m ho c quá trình và tác đ ng môi

81

tr ng ti m n ng c a nó. Ví d , các tác đ ng c a 9.000 t n carbon dioxide ho c 5.000 t n khí th i mêtan th i vào khí quy n là gì? ó là t i t h n? Tác đ ng ti m n ng c a mình trên s ng khói là gì? V s nóng lên toàn c u?

Các khái ni m quan tr ng trong thành ph n này là các y u t gây stress. M t c ng th ng là m t t p h p các đi u ki n có th d n đ n m t tác đ ng. Ví d , n u m t s n ph m ho c quy trình đ c phát ra khí nhà kính, s gia t ng c a khí nhà kính trong khí quy n có th góp ph n vào s m lên toàn c u. Quá trình k t qu trong vi c x các ch t dinh d ng d th a vào c th c a n c có th d n đ n hi n t ng phú d ng. M t LCIA cung c p m t quy trình có h th ng phân lo i và đ c đi m hóa nh ng lo i tác đ ng môi tr ng.

3.4.3.2. T i sao th c hi n m t LCIA? M c dù có th đ c h c v m t quá trình b ng cách xem xét s li u ki m kê vòng đ i, m t LCIA cung c p c s có ý ngh a h n đ so sánh. Ví d , m c dù chúng ta bi t r ng 9.000 t n carbon dioxide và 5.000 t n khí mêtan th i vào khí quy n đ u có h i, m t LCIA có th xác đ nh có th có m t tác đ ng ti m n ng l n h n. S d ng các y u t đ c tr ng d a trên khoa h c, m t LCIA có th tính toán nh ng tác đ ng môi tr ng có m i b n phát hành trên các v n đ nh s nóng toàn c u.

Trung đi m so v i Endpoint m u Mô hình đánh giá tác đ ng trung đi m ph n ánh hi u l c t ng đ i c a các y u t gây stress m t trung đi m chung trong chu i nhân qu . Phân tích t i m t trung đi m gi m thi u s l ng d báo và mô hình hóa tác d ng đ a vào LCIA, do đó làm gi m s ph c t p c a mô hình và th ng đ n gi n hóa thông tin liên l c. Mô hình trung đi m có th gi m thi u các gi đ nh và l a ch n giá tr , ph n ánh m t m c đ cao h n c a s đ ng thu n c a xã h i, và đ c toàn di n h n so v i mô hình b o hi m cho d toán thi t b đ u cu i. k t qu c a m t LCIA là gì?

K t qu c a m t LCIA hi n th s khác bi t t ng đ i trong tác đ ng môi tr ng cho m i tùy ch n. Ví d , m t LCIA th xác đ nh đ c s n ph m / quá trình gây ra ti m n ng nóng lên toàn c u h n.

3.4.3.3. Các b Các b

c c a vi c đánh giá tác đ ng vòng đ i

c sau đây bao g m m t đánh giá tác đ ng vòng đ i.

-

L a ch n và đ nh ngh a c a tác đ ng lo i - xác đ nh các lo i tác đ ng môi tr ng có liên quan (ví d , s nóng lên toàn c u, quá trình axit hóa, đ c tính trên m t đ t).

-

Phân lo i - giao LCI k t qu cho các lo i tác đ ng (ví d , phân lo i khí th i carbon dioxide vào s m lên toàn c u).

-

c tính - mô hình LCI tác đ ng trong lo i tác đ ng s d ng các y u t chuy n đ i c s khoa h c (ví d , mô hình hóa các tác đ ng ti m tàng c a khí carbon dioxide và methane v s nóng lên toàn c u).

-

Bình th ng hóa - th hi n tác đ ng ti m tàng trong nh ng cách mà có th đ c so sánh (ví d nh so sánh tác đ ng nóng lên toàn c u c a khí carbon dioxide và methane trong hai tùy ch n)

-

Nhóm - phân lo i ho c x p h ng các ch s (ví d nh s p x p các ch s theo v trí: đ a ph ng, khu v c và toàn c u).

-

Tr ng - nh n m nh nh ng tác đ ng ti m n ng quan tr ng nh t.

82

-

ánh giá và báo cáo k t qu LCIA - đ t đ c a k t qu LCIA.

c m t s hi u bi t t t h n v đ tin c y

ISO phát tri n m t tiêu chu n đ ti n hành đánh giá tác đ ng đ c ISO 14.042, cu c s ng ánh giá tác đ ng chu k (ISO 1998), trong đó nói r ng ba b c đ u tiên - l a ch n th lo i tác đ ng, phân lo i, và đ c tính - là nh ng b c b t bu c đ i v i m t LCIA. Tr tr ng h p đánh giá d li u (B c 7), các b c khác là tùy ch n tùy thu c vào m c tiêu và ph m vi nghiên c u.

B

c 1: L a ch n và xác đ nh tác đ ng lo i

B c đ u tiên trong m t LCIA là ch n lo i tác đ ng mà s đ c xem xét nh là m t ph n c a t ng th LCA. B c này c n đ c hoàn thành nh là m t ph n c a m c tiêu ban đ u và giai đo n đ nh ngh a ph m vi đ h ng d n quá trình thu th p d li u và yêu c u xem xét l i LCI sau giai đo n thu th p d li u. Các m t hàng đ c xác đ nh trong LCI có s c kh e con ng i và ti m n ng tác đ ng môi tr ng. Ví d , m t thông cáo môi tr ng đ c xác đ nh trong LCI có th gây h i cho s c kh e con ng i b ng cách gây ra ung th ho c vô sinh, ho c nh h ng đ n an toàn n i làm vi c. T ng t nh v y, m t thông cáo đ c xác đ nh trong LCI c ng có th nh h ng đ n môi tr ng b ng cách gây ra m a axit, s nóng lên toàn c u, ho c gây nguy hi m cho các loài đ ng v t. i v i m t LCIA, tác đ ng đ c xác đ nh là nh ng h u qu có th đ c gây ra b i các đ u vào và đ u ra su i c a m t h th ng s c kh e con ng i, th c v t và đ ng v t, ho c s s n có trong t ng lai c a tài nguyên thiên nhiên. Thông th ng, LCIAs t p trung vào các tác đ ng ti m tàng đ n ba lo i chính: s c kh e con ng i, s c kh e sinh thái, và c n ki t tài nguyên. Tri n lãm 4-1 cho th y m t s lo i tác đ ng th ng đ c s d ng.

B

c 2: Phân lo i

M c đích c a vi c phân lo i là t ch c và có th k t h p k t qu LCI thành các lo i tác đ ng. Cho LCI v t ph m đóng góp vào ch có m t lo i tác đ ng, các th t c là m t nhi m v đ n gi n. Ví d , l ng khí th i carbon dioxide có th đ c phân thành các lo i nóng lên toàn c u.Cho LCI v t ph m đóng góp cho hai ho c nhi u lo i tác đ ng khác nhau, m t quy lu t ph i đ c thi t l p đ phân lo i. Có hai cách đ giao k t qu LCI cho nhi u lo i tác đ ng (ISO 1998): -

Phân vùng m t ph n đ i di n c a các k t qu LCI cho các lo i tác đ ng mà h đóng góp. i u này th ng đ c cho phép trong tr ng h p khi nh ng tác đ ng ph thu c vào nhau.

-

Phân công t t c các k t qu LCI cho t t c các lo i tác đ ng mà h đóng góp. i u này th ng đ c cho phép khi nh ng tác đ ng đ c l p v i nhau.

Ví d , k t nitrogen dioxide có kh n ng nh h ng đ n c m t đ t hình thành ozone và quá trình axit hóa (cùng m t lúc), toàn b s l ng nitrogen dioxide s đ c giao cho c hai lo i tác đ ng (ví d , 100 ph n tr m m c ôzôn m t đ t và 100 ph n tr m đ quá trình axit hóa ). Th t c này ph i đ c ghi rõ ràng.

B

c 3:

c tính

c tính tác đ ng s d ng các y u t chuy n đ i c s khoa h c, đ c g i là các y u t đ c tr ng, đ chuy n đ i và k t h p các k t qu LCI vào ch s đ i di n c a các tác đ ng đ n s c kh e con ng i và sinh thái. Y u t đ c tính c ng th ng đ c g i là các y u t t ng đ ng. c tính cung c p m t cách so sánh tr c ti p các k t qu LCI trong m i th

83

lo i tác đ ng. Nói cách khác, các y u t đ u vào đ c tính d ch hàng t n kho khác nhau vào ch s tác đ ng tr c ti p so sánh. Ví d , đ c tính s cung c p m t c tính c a các đ c tính trên m t đ t t ng đ i gi a chì, crôm, và k m.

Ch s tác đ ng th Ki m tra d li u ×

ng đ

c đ c tr ng b ng cách s d ng ph

ng trình sau đây:

c Factor = ch s tác đ ng

Ví d , t t c các lo i khí nhà kính có th đ c th hi n trong đi u kho n c a CO2 b ng cách nhân k t qu LCI có liên quan b i m t nhân t đ c CO2 và sau đó k t h p các ch s tác đ ng d n đ n cung c p m t ch s t ng th v ti m n ng nóng lên toàn c u. c tính có th đ t nh ng s l ng khác nhau c a hóa ch t trên m t quy mô t ng đ ng đ xác đ nh l ng tác đ ng m i ng i có v s nóng lên toàn c u. Các tính toán cho th y 10 £ khí mê tan có tác đ ng l n h n v s nóng lên toàn c u h n £ 20 c a chloroform.

Chìa khóa đ mô t đ c đi m tác đ ng đ c s d ng y u t v i m t s lo i tác đ ng, ch ng h n nh s nóng lên toàn c u và m t s đ ng thu n v các y u t đ c tính ch p nh n đ c. iv ch ng h n nh c n ki t tài nguyên, m t s đ ng thu n v n đang đ

đ c tính thích h p. i suy gi m t ng ozone, có i các lo i tác đ ng khác, c phát tri n.

M t LCIA tham chi u đúng cách s tài li u ngu n g c c a m i y u t đ c tr ng đ đ m b o r ng h có liên quan đ n m c tiêu và ph m vi nghiên c u. Ví d , nhi u y u t đ c tính đ c d a trên các nghiên c u ti n hành châu Âu. Do đó, s liên quan c a các y u t đ c tr ng châu Âu ph i đ c đi u tra tr c khi h có th đ c áp d ng cho d li u c a M .

B

c 4: Bình th

ng

Bình th ng là m t công c LCIA dùng đ th hi n d li u ch tác đ ng trong m t cách mà có th so sánh gi a các lo i tác đ ng. Th t c này bình th ng hóa các k t qu ch b ng cách chia giá tr tham kh o l a ch n.

Có r t nhi u ph

ng pháp l a ch n m t giá tr tham kh o, bao g m:

-

Các t ng l ng phát th i ho c s d ng tài nguyên cho m t khu v c nào đó có th là toàn c u, khu v c và đ a ph ng

-

T ng l ng phát th i ho c s d ng tài nguyên cho m t khu v c nh t đ nh trên c s bình quân đ u ng i

-

T l m t thay th khác (ví d , đ

-

Giá tr cao nh t trong s t t c các tùy ch n.

ng c s )

M c tiêu và ph m vi c a LCA có th nh h ng đ n s l a ch n c kh o phù h p. L u ý r ng d li u bình th ng ch có th đ c so sánh tác đ ng. Ví d , nh ng nh h ng c a quá trình axit hóa có th không ti p v i nh ng ng i nhi m đ c th y s n b i vì các y u t đ c tr ng d ng ph ng pháp khoa h c khác nhau.

B

a m t giá tr tham trong m t th lo i đ c so sánh tr c đ c tính toán s

c 5: Phân nhóm

Nhóm giao lo i tác đ ng vào m t ho c nhi u b đ t o đi u ki n t t h n vi c gi i thích các k t qu vào l nh v c c th c a m i quan tâm. Thông th ng, nhóm liên quan đ n vi c phân lo i ho c x p h ng ch s . Sau đây là hai cách có th đ nhóm LCIA d li u (ISO 1998):

84

-

S p x p các ch s theo các đ c đi m nh phát th i (khí th i ví d nh không khí và n c) ho c v trí (ví d , đ a ph ng, khu v c hay toàn c u).

-

S p x p các ch s theo h th ng x p h ng, ch ng h n nh trung bình. X p h ng d a trên s l a ch n giá tr .

B

u tiên cao, th p ho c

c 6: ánh giá tr ng s

B c đánh giá tr ng s (c ng đ c g i là đ nh giá) c a m t LCIA gán tr ng l ng ho c giá tr t ng đ i so v i các lo i tác đ ng khác nhau d a trên t m quan tr ng c m nh n c a h ho c có liên quan. Tr ng l ng là quan tr ng b i vì các lo i tác đ ng c ng c n ph n ánh các m c tiêu nghiên c u và các giá tr liên quan. , Khí th i đ c h i tr c đó nh đã nêu có th đ c quan tâm t ng đ i cao trong m t khu phi đ t đ c không khí h n so v i m c phát th i t ng t trong m t khu v c v i ch t l ng không khí t t h n. B i vì tr ng l ng không ph i là m t quá trình khoa h c, đi u quan tr ng là ph ng pháp tr ng đ c gi i thích rõ ràng và tài li u.

M c dù tr ng l ng đ c s d ng r ng rãi trong LCA, giai đo n tr ng là kém phát tri n c a các b c đánh giá tác đ ng và c ng là m t trong nhi u kh n ng s đ c th thách cho tính toàn v n. Nói chung, tr ng l ng bao g m các ho t đ ng sau: -

Xác đ nh các giá tr c b n c a các bên liên quan Xác đ nh tr ng l ng đ t trên tác đ ng Áp d ng tr ng l ng đ ch s tác đ ng.

D li u tr ng có th có th đ c k t h p gi a các lo i tác đ ng, nh ng các th t c tr ng ph i đ c ghi l i m t cách rõ ràng. Các d li u un tr ng nên đ c hi n th cùng v i k t qu tr ng đ đ m b o m t s hi u bi t rõ ràng v tr ng l ng đ c giao.

L u ý r ng trong m t s tr ng h p, trình bày các k t qu đánh giá tác đ ng m t mình th ng cung c p đ thông tin đ ra quy t đ nh, đ c bi t là khi k t qu là đ n gi n ho c rõ ràng. Ví d , khi thay th ho t đ ng t t nh t là đáng k và có ý ngh a t t h n so v i nh ng ng i khác trong ít nh t m t lo i tác đ ng, và b ng các l a ch n thay th trong các danh m c tác đ ng còn l i, sau đó ng i ta thay th rõ ràng là t t h n. Vì v y, b t k tr ng t ng đ i c a các k t qu đánh giá tác đ ng s không thay đ i th h ng c a nó là u tiên đ u tiên. Các quy t đ nh có th đ c th c hi n mà không có b c tr ng.

M t s v n đ t n t i mà làm cho tr ng m t thách th c. V n đ đ u tiên là ch quan.

Theo tiêu chu n ISO 14.042, b n án c a preferability là m t đánh giá ch quan v t m quan tr ng t ng đ i c a m t lo i tác đ ng h n khác. Ngoài ra, nh ng phán đoán giá tr có th thay đ i v i v trí ho c th i gian c a n m. Ví d , m t ng i nào đó đ t t i Los Angeles, CA, có th đ t t m quan tr ng h n trên các giá tr cho quang khói h n s là m t ng i n m trong Cheyenne, Wyoming. V n đ th hai có ngu n g c t đ u tiên: làm th nào nên ng i s d ng m t cách công b ng và th ng nh t đ a ra quy t đ nh d a trên preferability môi tr ng, do tính ch t ch quan c a tr ng? Phát tri n th t s khách quan (ho c ph d ch u) b tr ng l ng ho c các ph ng pháp tr ng là không kh thi. Tuy nhiên, m t s ph ng pháp ti p c n tr ng v n t n t i và đ c s d ng thành công trong vi c ra quy t đ nh, ch ng h n nh các quá trình phân tích H th ng c p b c, các s a đ i Delphi K thu t, và Quy t đ nh phân tích S d ng nhi u thu c tính lý thuy t.

B

c 7: ánh giá và d n ch ng k t qu LCIA

Bây gi kh n ng tác đ ng đ i v i t ng lo i đ c l a ch n đã đ c tính toán, tính chính xác c a các k t qu ph i đ c xác nh n. Chính xác ph i là đ đ h tr các m c đích

85

th c hi n LCA nh quy đ nh t i m c tiêu và ph m vi. Khi l p h s các k t qu c a đánh giá tác đ ng chu k cu c s ng, tri t đ mô t các ph ng pháp đ c s d ng trong vi c phân tích, xác đ nh các h th ng phân tích và ranh gi i đã đ c thi t l p, và t t c các gi đ nh trong vi c th c hi n các phân tích hàng t n kho.

Các LCIA, nh t t c các công c đánh giá khác, có nh ng h n ch v n có. M c dù quá trình LCIA sau m t th t c có h th ng, có r t nhi u gi đ nh và đ n gi n hóa c b n, c ng nh s l a ch n giá tr ch quan.

Tùy thu c vào ph ng pháp LCIA ch n, và / ho c các d li u hàng t n kho trên đó nó đ c d a, m t s h n ch quan tr ng có th bao g m: -

Thi u phân gi i không gian - ví d , m t thông cáo amoniac 4.000 gallon là t i t h n trong m t dòng su i nh h n trong m t con sông l n.

-

Thi u đ phân gi i th i gian - ví d , m t phát hành n m t n c a các h t v t ch t trong m t kho ng th i gian m t tháng t i t h n vi c phát hành cùng lây lan qua c n m.

-

Hàng t n kho bi t hóa - ví d , danh sách hàng t n kho r ng l n nh "VOC" ho c "kim lo i" không cung c p đ thông tin đ đánh giá chính xác tác đ ng môi tr ng.

-

Ng ng và không ng ng tác đ ng - ví d nh , m ph i là t i t h n m t t n ô nhi m m i l n.

i t n ô nhi m không nh t thi t

Vi c l a ch n ph c t p h n ho c các mô hình tác đ ng trang web c th có th giúp gi m b t nh ng h n ch v đ chính xác c a đánh giá tác đ ng c a. i u quan tr ng là li u nh ng h n ch này và bao g m m t mô t toàn di n c a ph ng pháp LCIA, c ng nh th o lu n v các gi đ nh c b n, l a ch n giá tr , và không ch c ch n đ c bi t đ n trong các mô hình tác đ ng v i k t qu s c a LCIA đ c s d ng trong vi c gi i thích các k t qu c a LCA. 3.4.4. Gi i thích vòng đ i 3.4.4.1. Gi i thích vòng đ i là gì?

Gi i thích vòng đ i là m t k thu t có h th ng đ xác đ nh, đ nh l ng, ki m tra và đánh giá thông tin t k t qu c a LCI và LCIA, và giao ti p m t cách hi u qu . Gi i thích vòng đ i là giai đo n cu i cùng c a quá trình LCA. ISO đã xác đ nh hai m c tiêu sau đây gi i thích chu k cu c s ng: -

Phân tích k t qu , đi đ n k t lu n, gi i thích nh ng h n ch , và cung c p các khuy n ngh d a trên nh ng phát hi n c a các giai đo n tr c đó c a LCA, và báo cáo k t qu c a vi c gi i thích chu k cu c s ng m t cách minh b ch.

-

Cung c p m t trình bày d hi u, đ y đ và phù h p c a các k t qu c a m t nghiên c u LCA, phù h p v i m c tiêu và ph m vi nghiên c u. (ISO 1998b) L a ch n thay th so sánh s d ng gi i thích vòng đ i

Di n gi i k t qu c a m t LCA là không đ n gi n nh hai là t t h n sau đó ba, do đó thay th M t là s l a ch n t t nh t! Trong khi ti n hành LCI và LCIA nó là c n thi t đ làm cho các gi đ nh, d toán k thu t, và các quy t đ nh d a trên giá tr c a b n và các giá tr c a các bên liên quan tham gia. M i m t trong các quy t đ nh ph i đ c bao g m và truy n đ t trong k t qu cu i cùng đ gi i thích rõ ràng và toàn di n k t lu n rút ra t d li u. Trong m t s tr ng h p, nó có th không có th nói r ng m t thay th là t t h n so v i nh ng ng i khác vì s không ch c ch n trong k t qu cu i cùng. i u này không có

86

ngh a là nh ng n l c b lãng phí. Quá trình LCA v n s cung c p ra quy t đ nh v i m t s hi u bi t t t h n v các tác đ ng môi tr ng và s c kh e liên quan v i t ng ph ng án, n i chúng x y ra (t i đ a ph ng, khu v c ho c toàn c u), và t m quan tr ng t ng đ i c a m i lo i tác đ ng so v i m i các l a ch n thay th đ c đ xu t đ a vào nghiên c u. Thông tin này cho th y đ y đ h n nh ng u và khuy t đi m c a t ng ph ng án.

M c đích c a vi c th c hi n m t LCA là đ thông báo quy t đ nh t t h n các nhà s n xu t b ng cách cung c p m t lo i thông tin, v i m t vi n c nh vòng đ i c a các tác đ ng s c kh e môi tr ng và con ng i g n li n v i m i s n ph m ho c quy trình. Tuy nhiên, LCA không đ a vào tài kho n th c hi n k thu t, chi phí, ho c ch p nh n chính tr và xã h i. Vì v y, nó đ c khuy n khích r ng LCA đ c s d ng k t h p v i các thông s khác.

3.4.4.2. Các b

c quan tr ng đ gi i thích k t qu c a LCA

H ng d n trong ch ng này là m t b n tóm t t các thông tin cung c p trên gi i thích chu k cu c s ng t các tiêu chu n ISO mang tên "Qu n lý môi tr ng - ánh giá vòng đ i - Vòng đ i Gi i thích," tiêu chu n ISO 14043 (ISO 1998b). Trong tiêu chu n ISO, các b c sau đ ti n hành gi i thích vòng đ i đ c xác đ nh và th o lu n: 1. Xác đ nh các v n đ quan tr ng D a trên LCI và LCIA. 2. ánh giá xem xét, ki m tra nh t quán.

3. K t lu n, ki n ngh và báo cáo.

B

c 1: Xác đ nh các v n đ quan tr ng

B c đ u tiên c a giai đo n gi i thích vòng đ i liên quan đ n xem xét thông tin t ba giai đo n đ u tiên c a quá trình LCA đ xác đ nh các y u t d li u có đóng góp nhi u nh t cho k t qu LCI và LCIA cho m i s n ph m, quá trình ho c d ch v . K t qu c a n l c này đ c s d ng đ đánh giá đ y đ , đ nh y và tính th ng nh t c a các nghiên c u LCA (B c 2). Vi c xác đ nh các v n đ quan tr ng d n b c đánh giá. Vì s l ng r ng l n c a d li u thu th p đ c, nó ch là kh thi trong th i gian h p lý và ngu n l c đ đánh giá các y u t d li u góp ph n đáng k vào k t qu c a các k t qu .

Tr c khi xác đ nh ph n nào c a LCI và LCIA có nh h ng l n nh t trên các k t qu cho t ng ph ng án, các giai đo n tr c c a LCA c n đ c xem xét m t cách toàn di n (ví d , m c tiêu h c t p, nguyên t c c b n, tr ng l ng th lo i tác đ ng, k t qu , s tham gia c a bên ngoài , vv.). Xem xét các thông tin thu th p và trình bày các k t qu phát tri n đ xác đ nh m c tiêu và ph m vi nghiên c u LCA đã đ c đáp ng. N u có, ý ngh a c a k t qu sau đó có th đ c xác đ nh. Xác đ nh các v n đ quan tr ng c a m t h th ng s n ph m có th đ n gi n ho c ph c t p. đ c h tr trong vi c xác đ nh các v n đ môi tr ng và xác đ nh t m quan tr ng c a h , các ph ng pháp sau đây đ c khuy n cáo: - óng góp tích - s đóng góp c a các giai đo n vòng đ i ho c các nhóm c a các quá trình đ c so sánh v i k t qu t ng ki m tra và cho phù h p.

- Phân tích th ng tr - công c th ng kê ho c các k thu t khác, ch ng h n nh b ng x p h ng v s l ng ho c ch t l ng (ví d , ABC phân tích), đ c s d ng đ xác đ nh nh ng đóng góp đáng k đ đ c xem xét cho phù h p.

- ánh giá b t th ng - d a trên kinh nghi m tr c đây, đ l ch b t th ng ho c đáng ng c nhiên t k t qu mong đ i ho c bình th ng đ c quan sát và ki m tra cho phù h p.

V n đ quan tr ng có th bao g m: - Các thông s hàng t n kho nh s d ng n ng l ng, khí th i, ch t th i, vv

87

-

B

Ch s th lo i tác đ ng nh s d ng tài nguyên, khí th i, ch t th i, vv óng góp quan tr ng cho giai đo n chu k s ng đ LCI ho c LCIA k t qu nh các quá trình đ n v cá nhân ho c các nhóm c a các quá trình (ví d , giao thông v n t i, s n xu t n ng l ng).

c 2: ánh giá tính đ y đ , đ nh y và nh t quán c a d li u

Các b c đánh giá c a giai đo n gi i thích thi t l p s t tin và đ tin c y c a các k t qu c a LCA này đ c th c hi n b ng cách hoàn thành các nhi m v sau đây đ đ m b o r ng s n ph m / quy trình đ c khá so sánh: -

Ki m tra đ y đ : ki m tra tính đ y đ c a nghiên c u.

Ki m tra nh y c m: đánh giá đ nh y c a các y u t d li u quan tr ng nh h ng đ n k t qu đáng k nh t.

Ki m tra nh t quán: đánh giá s phù h p đ c s d ng đ thi t l p ranh gi i h th ng, thu th p d li u, làm cho các gi đ nh và phân b d li u đ nh h ng đ n lo i cho t ng ph ng án.

Ki m tra tính đ y đ : Vi c ki m tra đ y đ đ m b o r ng t t c các thông tin và d li u c n thi t cho vi c gi i thích có liên quan có s n và đ y đ . M t danh sách ki m tra c n đ c phát tri n đ ch ra t ng khu v c quan tr ng trong b ng k t qu . D li u có th đ c t ch c b i giai đo n vòng đ i, quá trình khác nhau ho c ho t đ ng đ n v , ho c lo i d li u đ i di n (nguyên li u, n ng l ng, giao thông v n t i, đ a ra môi tr ng không khí, đ t, n c). B ng cách s d ng danh sách ki m tra đ c thành l p, nó có th xác minh r ng các d li u bao g m các khu v c c a các k t qu phù h p v i các gi i h n h th ng (ví d , t t c các giai đo n chu k s ng đ c bao g m) và d li u là đ i di n c a khu v c nh t đ nh (ví d , chi m 90 ph n tr m c a t t c các nguyên li u và phát hành môi tr ng). Là k t qu c a n l c này s là m t danh sách ki m tra cho th y các k t qu cho m i s n ph m / quá trình đ c hoàn thành và ph n ánh các m c tiêu đã nêu và ph m vi nghiên c u LCA. N u thi u sót đ c ghi nh n, sau đó so sánh công b ng có th không đ c th c hi n và nh ng n l c b sung c n thi t đ l p đ y các kho ng tr ng. Trong m t s tr ng h p, d li u có th không có đ l p đ y nh ng kho ng tr ng d li u, trong nh ng tr ng h p, nó là c n thi t đ báo cáo s khác bi t trong các d li u v i k t qu cu i cùng và c tính nh h ng đ n vi c so sánh ho c s l ng (không ch c ch n ph n tr m) hay ch t l ng (thay th M t k t qu c a báo cáo có th cao h n vì "X" không đ c bao g m trong đánh giá c a mình).

Ki m tra đ nh y c m: M c tiêu c a vi c ki m tra đ nh y đ đánh giá đ tin c y c a các k t qu b ng cách xác đ nh li u s không ch c ch n trong các v n đ quan tr ng đ c xác đ nh trong B c 1 nh h ng đ n quy t đ nh kh n ng c a nhà s n xu t có th t tin đ a ra k t lu n so sánh.

M t ki m tra đ nh y c m có th đ c th c hi n trên các v n đ quan tr ng b ng cách s d ng ba k thu t ph bi n sau đây đ phân tích ch t l ng d li u: -

óng góp tích - Xác đ nh các d li u mà có đóng góp l n nh t vào k t qu ch s tác đ ng.

-

Không ch c ch n Phân tích - Mô t s thay đ i c a các d li u LCIA đ xác đ nh ý ngh a c a các k t qu ch s tác đ ng.

-

Phân tích đ nh y - Các bi n pháp trong ph m vi thay đ i trong k t qu LCI và các mô hình đ c đi m nh h ng đ n k t qu ch s tác đ ng.

88

H ng d n b sung v làm th nào đ th c hi n m t s đóng góp, s không ch c ch n, ho c phân tích đ nh y có th đ c tìm th y trong các tài li u EPA mang tên "H ng d n cho vi c đánh giá ch t l ng cu c s ng chu trình phân tích hàng t n kho," Tháng 4 n m 1995, EPA 530-R-95-010. Là m t ph n c a LCI và giai đo n LCIA, m t s nh y c m, s không ch c ch n, và / ho c đóng góp phân tích có th đã đ c th c hi n. Nh ng k t qu này có th đ c s d ng nh ki m tra đ nh y c m. Là m t ph n c a m c tiêu, ph m vi, và giai đo n đ nh ngh a c a quá trình LCA, ch t l ng s li u và đ chính xác m c tiêu đã đ c xác đ nh. Xác minh r ng nh ng m c tiêu này đã đ c đáp ng v i vi c ki m tra đ nh y c m. N u thi u sót t n t i, sau đó tính chính xác c a các k t qu có th không đ đ h tr các quy t đ nh đ c th c hi n và nh ng n l c b sung c n thi t đ c i thi n tính chính xác c a LCI d li u thu th p và / ho c các mô hình tác đ ng đ c s d ng trong LCIA. Trong m t s tr ng h p, d li u t t h n ho c các mô hình tác đ ng có th không có. Trong hoàn c nh này, báo cáo nh ng thi u sót cho m i v n đ quan tr ng có liên quan và c tính nh h ng đ n vi c so sánh hai s l ng và ch t l ng.

Ki m tra tính nh t quán: Vi c ki m tra tính nh t quán xác đ nh li u các gi đ nh, ph ng pháp, và các d li u đ c s d ng trong su t quá trình LCA là phù h p v i m c tiêu và ph m vi nghiên c u, và cho m i s n ph m / quá trình đánh giá. Xác minh, tài li u mà nghiên c u này đã đ c hoàn thành nh d đ nh khi k t thúc t ng s t tin trong k t qu cu i cùng.M t danh sách ki m tra chính th c s đ c phát tri n đ truy n đ t các k t qu ki m tra tính nh t quán. Tri n lãm 5-2 cung c p ví d v các lo i hình thông tin đ c đ a vào danh sách ki m tra. M c tiêu và ph m vi c a LCA xác đ nh lo i nên đ c s d ng.

Tùy thu c vào m c tiêu và ph m vi c a LCA, m t s mâu thu n có th ch p nh n đ c. N u không th ng nh t đ c phát hi n, ghi l i vai trò c a nó ch i trong đánh giá t ng th th ng nh t. Sau khi hoàn thành b c 1 và 2, ng i ta đã xác đ nh r ng các k t qu c a đánh giá tác đ ng và s li u ki m kê c b n đ c hoàn t t, so sánh, và ch p nh n đ c đ rút ra k t lu n và ki n ngh . N u đi u này là không đúng s th t, d ng l i! L p l i b c 1 và 2 cho đ n khi k t qu s có th đ h tr các m c tiêu ban đ u đ th c hi n LCA. B

c 3: K t lu n và ki n ngh

M c tiêu c a b c này là đ gi i thích k t qu c a đánh giá tác đ ng vòng đ i (không ph i là LCI) đ xác đ nh s n ph m / quá trình có tác đ ng t ng th ít nh t đ n s c kh e con ng i và môi tr ng, và / ho c m t ho c nhi u l nh v c c th c a m i quan tâm theo quy đ nh c a m c tiêu và ph m vi nghiên c u.

Tùy thu c vào ph m vi c a LCA, các k t qu c a đánh giá tác đ ng s tr v ho c là m t danh sách các ch s tác đ ng ch a bình th ng và ch a có tr ng s cho m i th lo i tác đ ng đ i v i các l a ch n thay th , ho c nó s tr l i m t s đi m nhóm, chu n hóa, và tr ng duy nh t cho t ng ph ng án, ho c m t cái gì đó gi a, ví d , bình th ng nh ng không tr ng. Trong tr ng h p m t s đi m đ c tính toán, đ ngh có th ch p nh n s n ph m / quá trình v i s đi m th p nh t. Nó có th là đ đi u tra nh ng lý do nh th nào quá trình này có th đ c s a đ i đ làm gi m đi m s . Tuy nhiên, đ ng quên các gi đ nh c b n đã đi vào phân tích.

N u m t LCIA d ng l i giai đo n đ c tính, vi c gi i thích LCIA là ít rõ ràng. K t lu n và ki n ngh còn l i trên cân b ng s c kh e con ng i và ti m n ng tác đ ng môi tr ng trong ánh sáng c a m c tiêu nghiên c u và quan tâm các bên liên quan.

M t vài l i c nh báo c n l u ý. i u quan tr ng là đ rút ra k t lu n và ki n ngh ch d a trên các s ki n. S hi u bi t và giao ti p không ch c ch n và h n ch trong k t qu

89

c ng không kém ph n quan tr ng nh các khuy n ngh cu i cùng. Trong m t s tr ng h p, nó có th không đ c rõ ràng mà s n ph m ho c quy trình là t t h n vì nh ng b t n ti m n và h n ch trong các ph ng pháp đ c s d ng đ th c hi n LCA ho c s s n có c a d li u t t, th i gian, và ngu n l c. Trong tr ng h p này, k t qu c a LCA v n còn có giá tr . Chúng có th đ c s d ng đ giúp thông báo cho ng i ra quy t đ nh v s c kh e con ng i và môi tr ng u và nh c đi m, s hi u bi t tác đ ng đáng k c a m i, n i chúng đang x y ra (t i đ a ph ng, khu v c ho c toàn c u), và t m quan tr ng t ng đ i c a m i lo i tác đ ng trong so v i m i l a ch n thay th đ c đ xu t đ a vào nghiên c u.

3.4.4.3. Báo cáo k t qu Bây gi mà các LCA đã đ c hoàn thành, các tài li u ph i đ c l p ráp vào m t báo cáo đ y đ tài li u nghiên c u m t cách rõ ràng và có t ch c. i u này s giúp giao ti p k t qu đánh giá m t cách công b ng, hoàn toàn, và chính xác đ nh ng ng i khác quan tâm đ n k t qu . Báo cáo trình bày k t qu , d li u, ph ng pháp, gi đ nh, và nh ng h n ch trong chi ti t đ y đ đ cho phép ng i đ c hi u đ c s ph c t p và th ng m i-off v n có trong nghiên c u LCA. N u k t qu s đ c báo cáo cho nh ng ng i không tham gia vào nghiên c u LCA, t c là, các bên liên quan c a bên th ba, báo cáo này s là m t tài li u tham kh o và c n đ c cung c p cho h đ giúp ng n ng a b t k trình bày sai l ch k t qu .

Các tài li u tham kh o nên bao g m các y u t sau (ISO 1997):

đ

1. Thông tin hành chính a. Tên và đ a ch c a LCA viên (ng i th c hi n nghiên c u LCA) b. Ngày l p báo cáo c. Thông tin liên l c khác ho c công b thông tin 2. nh ngh a c a m c tiêu và ph m vi 3. Vòng đ i t n kho phân tích (thu th p d li u và quy trình tính toán) 4. ánh giá tác đ ng chu k cu c s ng (ph ng pháp và k t qu đánh giá tác đ ng đã c th c hi n) 5. Gi i thích vòng đ i a. K t qu b. Gi đ nh và h n ch c. ánh giá ch t l ng d li u 6. ánh giá phê bình (trong và ngoài) a. Tên và liên k t ng i nh n xét b. Báo cáo đánh giá quan tr ng c. áp ng các khuy n ngh

Mong mu n c a m t quá trình đánh giá ngang hàng là m t tr ng tâm chính c a cu c th o lu n trong nhi u di n đàn phân tích vòng đ i. Các cu c th o lu n b t ngu n t m i quan tâm trong b n l nh v c, thi u s hi u bi t v các ph ng pháp đ c s d ng ho c ph m vi c a nghiên c u, mong mu n đ xác minh d li u và biên so n c a nhà phân tích d li u, đ t câu h i gi đ nh và k t qu t ng th , và thông tin k t qu . i v i nh ng lý do này, khuyên r ng m t quá trình đánh giá ngang hàng đ c thành l p và th c hi n đ u trong b t k nghiên c u s đ c s d ng trong m t di n đàn công c ng. ph

Các cu c th o lu n sau đây là không d đ nh đ c m t k ho ch chi ti t c a m t ng pháp c th . Thay vào đó, nó có ngh a là đ ch ra nh ng v n đ mà các bác s ho c

90

nhà tài tr nên l u ý khi thi t l p m t quy trình đánh giá ngang hàng. Nhìn chung, m t quá trình đánh giá ngang hàng nên gi i quy t b n khu v c đ c xác đ nh tr c đó: -

Ph m vi / ph ng pháp ranh gi i D li u mua l i / biên so n l c c a gi đ nh quan tr ng và k t qu Giao ti p c a k t qu .

B ng đánh giá ngang hàng nên tham gia vào t t c các giai đo n c a nghiên c u: (1) vi c xem xét m c đích, ranh gi i h th ng, gi đ nh, và cách ti p c n thu th p d li u, (2) vi c xem xét s li u t ng h p và các bi n pháp liên quan đ n ch t l ng, và (3) vi c xem xét báo cáo hàng t n kho d th o, bao g m c chi n l c truy n thông d đ nh.

M t b ng tính, ch ng h n nh m t trong nh ng trình bày trong Ph l c A s r t có ích trong vi c gi i quy t nhi u v n đ ph m vi / ranh gi i ph ng pháp lu n, d li u / biên so n các d li u, và hi u l c c a các gi đ nh và k t qu xung quanh. Tiêu chí có th c n ph i đ c thi t l p cho thông tin liên l c k t qu . Các tiêu chí này có th bao g m cho th y nh ng thay đ i trong các gi đ nh quan tr ng có th nh h ng đ n k t qu nghiên c u và h ng d n làm th nào đ xu t b n và thông báo k t qu mà không ti t l d li u đ c quy n.

Ng i ta th ng tin r ng b ng đánh giá ngang hàng nên bao g m m t nhóm đa d ng c a 3-5 cá nhân đ i di n cho các l nh v c khác nhau, ch ng h n nh liên bang, ti u bang và chính quy n đ a ph ng, các vi n, ngành công nghi p, các nhóm môi tr ng và ng i tiêu dùng, và LCA h c viên. Không ph i t t c các l nh v c c n đ c đ i di n trên t t c các b ng đi u khi n. Các thông tin sau c a cá nhân ph i bao g m m t danh ti ng v tính khách quan, kinh nghi m v i các khuôn kh k thu t ho c ti n hành các nghiên c u phân tích vòng đ i, và s n sàng làm vi c nh là m t ph n c a m t đ i. Các v n đ mà h ng d n này v n đang đ c phát tri n bao g m l a ch n b ng đi u khi n, s l ng đánh giá, s d ng các nh n xét t ng t cho t t c các nghiên c u vòng đ i ho c thay đ i các thành viên gi a các nghiên c u, và có xem xét m c a cho công chúng tr c khi phát hành. Các v n đ v cách th c đánh giá c n đ c th c hi n đ t ra m t s câu h i, ch ng h n nh : m t b ng tính tiêu chu n nên đ c yêu c u? Nên ý ki n b ng mi ng c ng nh b ng v n b n c a các nhà phê bình đ c ch p nh n? Bao nhiêu th i gian nên đ c phân b đ xem xét? Ai tr ti n cho quá trình xem xét?

Quá trình đánh giá ngang hàng c n linh ho t đ thích ng v i s thay đ i trong vi c áp d ng, ph m vi nghiên c u vòng đ i. ánh giá ngang hàng s đ c c i thi n khi th c hi n nh ng nghiên c u, t ng c ng s hi u bi t v các k t qu , và tr giúp trong vi c xác đ nh và sau đó ti p t c gi m b t k h u qu môi tr ng c a s n ph m ho c các tài li u.

EPA h tr s d ng đánh giá ngang hàng nh m t c ch đ nâng cao ch t l ng và tính th ng nh t c a hàng t n kho vòng đ i.

Thêm đánh giá vòng đ i đ n quá trình ra quy t đ nh cung c p m t s hi u bi t v s c kh e con ng i và tác đ ng môi tr ng mà theo truy n th ng là không xem xét khi l a ch n m t s n ph m ho c quá trình. Thông tin giá tr này cung c p m t cách đ gi i thích cho nh ng tác đ ng đ y đ các quy t đ nh, đ c bi t là nh ng ng i x y ra bên ngoài c a trang web mà b nh h ng tr c ti p c a vi c l a ch n m t s n ph m ho c quá trình. Hãy nh r ng, LCA là m t công c đ thông báo quy t đ nh t t h n các nhà s n xu t và nên đ c bao g m các tiêu chí quy t đ nh khác, ch ng h n nh chi phí và hi u su t, đ đ a ra quy t đ nh cân b ng.

91

Môi tr ng càng ngày càng ô nhi m, trái đ t nóng lên làm cho th i ti t khí h u thay đ i th t th ng nh h ng đ n cu c s ng, s c kh e con ng i. Nguyên nhân ch y u là do con ng i khai thác, s d ng tài nguyên thiên nhiên b t h p lý, s n xu t ra nhi u lo i s n ph m nh ng ch a có ph ng pháp x lí khí th i, n c th i, ch t th i r n h p lý và hi u qu . Qua vi c tìm hi u đ tài “ T ng quan v Life Cycle Assessment” nhóm em nh n th y LCA là m t công c dùng đ h tr đánh giá các tác đ ng đ n s c kh e con ng i và môi tr ng, d báo, giúp các nhà s n xu t l a chon ra ph ng pháp hay quy trình t o ra s n ph m ít nh h ng đ n s c kh e và môi tr ng.

TÀI LI U THAM KH O a.

Life cycle assessment: principles and practice, Scientific Applications International Corporation (SAIC), 11251 Roger Bacon Drive Reston, VA 20190, May 2006.

b.

Goran Finnveden, Michael Z. Hauschild , Tomas Ekvall, Recent developments in Life Cycle Assessment, Journal of Environmental Management, 91, 1–21 (2009)

c.

Sven O. Gartner and Guido A. Reinhardt, Life cycle assessment of biodiesel: Update and new aspect, Institude for Energy and Environmental Research, Heidelberg GmbH, (2003)

d.

G. Rebitzer, T. Ekvall, R. Frischknecht, D. Hunkeler, G. Norris, Life cycle assessment - Part 1: Framework, goal and scope definition, inventory analysis, and applications, Environment International, 30, 701– 720 (2004)

e.

D.W. Pennington, J. Potting, G. Finnveden, E. Lindeijer, O. Jolliet, T. Rydberg, G. Rebitzer, Life cycle assessment Part 2: Current impact assessment practice, Environment International, 30, 721– 739 (2004)

f.

Poritosh Roy, Daisuke Nei, Takahiro Orikasa, Qingyi Xu, Hiroshi Okadome, Nobutaka Nakamura, Takeo Shiina, Review: A review of life cycle assessment (LCA) on some food products, Journal of Food Engineering, 90, 1–10 (2009)

g.

K.G. Harding, J.S. Dennis, H. von Blottnitz, S.T.L. Harrison, A life-cycle comparison between inorganic and biological catalysis for the production of biodiesel, Journal of Cleaner Production, 16, 1368-1378 (2007)

GHI CHÚ

........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................

92

........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................

93

CH NG 4 Nh ng lãnh v c nghiên c u c a Hóa h c xanh Trong nh ng n m g n đây hóa h c xanh đã tr thành m t l nh v c nghiên c u đ c nhi u ngành công nghi p và các nhà khoa h c trên th gi i quan tâm. L i s ng hi n đ i đòi h i tr c ti p ho c gián ti p nhi u hóa ch t nh hóa d u, nh a, d c ph m, hóa ch t nông nghi p, ch t t y r a, s n ph m làm s ch và ch m sóc cá nhân, s n và s n ph b m t, hóa ch t vô c , và nhi u nh ng v t li u tiên ti n và nguy h i khác mà ph n l n là nh ng s n ph m tiêu dùng. Trong quá trình s n xu t, s d ng và th i rác đã phát tán nhi u ch t đ c h i ra môi tr ng gây nguy hi m cho h sinh thái và s c kh e con ng i. Hóa h c xanh đã cung c p các nguyên t c c b n ng d ng trong nghiên c u, công ngh , s n xu t và thi t k quy trình, s n ph m đ đáp ng yêu c u c p bách v vi c gi m thi u ô nhi m và nh h ng c a nó đ n s c kh e con ng i và môi tr ng Hóa h c xanh (GC) và k thu t xanh (GE) là m t ph n không tách r i c a t duy m i (có th g i là tri t lý m i) đ c áp d ng trong su t vòng đ i c a m t hóa ch t hay s n ph m bao g m t khâu thi t k , s n xu t và s d ng đ thúc đ y m c tiêu phát tri n b n v ng. Ngành công nghi p hóa ch t và s n xu t các hóa ch t t ng h p ngành kinh t quan tr ng nh t trong s n xu t hàng ngàn hóa ch t, s n ph m, hàng tiêu dùng và v t li u. Vì v y, nh ng đ i m i trong thi t k , s n xu t và s d ng hóa ch t s góp ph n đ t m c tiêu phát tri n b n v ng. M t thông đi p quan tr ng c a hóa h c xanh (GC) và k thu t xanh (GE) là "gi m" (Reduce) bao g m gi m ch t th i, gi m nguyên v t li u, gi m n ng l ng, gi m dung môi, gi m chi phí, gi m r i ro và phát tri n s n ph m b n v ng.

Hình 4. 1. “Gi m” d n đ n phát tri n b n v ng

94

Ngay t khi b t đ u, nh ng ti n b c a GC đã đ c t p trung trong nguyên li u, hóa ch t, dung môi và các ph ng pháp t ng h p. Vào cu i th k này r t nhi u các t p chí khoa h c uy tín khác nhau trên th gi i đã b t đ u đ c p đ n các v n đ liên quan đ n hóa h c xanh, s n ph m và quy trình s ch và các k thu t màu xanh nh -

T p chí quy trình s ch và s n ph m (Journal of Clean Processes and Products, Springer-Verlag)

-

Hóa h c xanh (Green Chemistry, Royal Society of Chemistry và

-

Hóa h c xanh vì s b n v ng (Green Chemistry for Sustainability, Open Access, Springer)

-

Hóa h c xanh và b n v ng (The Green and Sustainable Chemistry, Open Access, Scientific Research Publishing, Irvine, California, USA)

-

K thu t xanh (Journal of Green Engineering, River Publishers, October 2010, Aalborg, Denmark)

i h c York)

N m 1995 EPA thành l p các gi i th ng đ c bi t cho các d án sáng t o và phát minh khám phá c a các nhà khoa h c, vi n nghiên c u và các ngành công nghi p hóa ch t trong lãnh v c hóa h c xanh. Gi i th ng “Presidential Green Chemistry Challenge Awards” đ c T ng th ng M trao t ng h ng n m có 5 lo i: 1.

2.

Ph

ng pháp t ng h p xanh (XGreener Synthetic Pathway Award)

i u ki n ph n ng xanh h n (Greener Reaction Conditions Award)

3.

Thi t k hóa ch t xanh h n (Designing Greener Chemicals Award)

4.

Gi i th

5.

Gi ng d y (Academic Award)

ng doanh nghi p nh (Small Business Award)

Gi i th ng đ c thành l p đ phát hi n và thúc đ y nghiên c u sáng t o trong ngành công ngh hoá ch t nh m ng n ch n ô nhi m và có kh n ng áp d ng r ng rãi trong các ngành công nghi p. Gi i th ng đ c tài tr b i V n phòng An toàn và ng n ng a ô nhi m c a C quan B o v môi tr ng Hoa K ( EPA ) v i s h p tác c a Hi p h i hóa h c M , Vi n hóa h c xanh và các thành viên khác c a c ng đ ng hóa h c. Gi i th ng Hóa h c Xanh c ng đ c thành l p các n c Úc, Canada, Ý, Nh t B n, V ng qu c Anh, …T t c nh ng phát tri n trong ba m i n m qua và vi c thành l p gi i th ng hàng n m các n c phát tri n khác nhau cho th y r ng hóa h c xanh và k thu t xanh có ý ngh a r t quan tr ng đ i v i phát tri n b n v ng. Hóa h c xanh và k thu t xanh nghiên c u các v n đ hóa h c hi n đ i và ng d ng c a nó trong nhi u l nh v c. Nhìn chung các ch đ đ c t p trung nghiên c u g m có: -

Hóa h c phân tích (Phân tích xanh): Phát tri n các ph ng pháp m i, công c và các công ngh khác đ ng n ch n và gi m thi u tác h i c a k thu t phân tích.

-

Hóa ch t sinh h c: Phát tri n nguyên li u t các ngu n b n v ng và s d ng xúc tác hóa h c đ t o ra các hóa ch t có giá tr cao đ gi m ho c thay th các s n ph m hóa d u.

-

Xúc tác: S d ng xúc tác h u c , c kim, vô c , xúc tác sinh h c.

95

-

An toàn trong s n xu t: Qu n lý các vi c tách chi t, s d ng hay tái s d ng, phân tán, s d ng các hóa ch t thay th trong các doanh nghi p hóa ch t đang đ i m t v i r i ro không an toàn.

-

Tiêu chu n c a hóa h c xanh và công ngh xanh: Phát tri n và s d ng các công c h u ích đ vi c phân tích m c đ xanh c a hóa ch t và quá trình. Tiêu chu n đánh giá s ti n b c a hóa h c xanh và b n v ng.

-

Quy trình k thu t: Thi t k quy trình, h th ng và các thi t b gi m thi u tác đ ng b n v ng c a s n ph m hóa ch t ho c ph n ng trong su t vòng đ i c a chúng.

-

Thi t k phân t đ ch t đ c gi m xu ng: s d ng các ngu n thông tin t th c nghi m, máy móc và tính toán đ thi t k hóa ch t ít đ c h i.

-

Dung môi: Thay th ho c lo i b dung môi trong quá trình có đi u ki n khác nhau c ng nh đánh giá tính b n v ng c a các dung môi.

-

X lý ch t th i thành hóa ch t: Chuy n các ch t th i và c n bã (hàng tr m ngàn t n m i n m) thành n ng l ng, nhiên li u và các hóa ch t có ích khác.

4.1.

Dung môi xanh

4.1.1. Khái ni m v dung môi Dung môi là môi tr ng (th ng th l ng ho c th khí) có tính n ng hòa tan các ch t r n, l ng hay khí khác. Dung môi có th là các ch t phân c c nh n c, c n,... ho c các ch t không phân c c nh d u, các ch t l ng h u c . Dung môi thông d ng nh t là n c. Dung môi th ng dùng có đi m sôi th p và d dàng bay h i. Ng i ta phân lo i dung môi nh sau: Phân lo i theo h p ch t hóa h c: Hydrocacbon béo và th m, các d n xu t clo và nitro c a chúng, các alcol, acid carbocylic, este, amid, nitril, ete, ceton và sulfonic, ….

Phân lo i theo các h ng s v t lý: -

Dung môi có nhi t đ sôi th p (nhi t đ sôi < 100oC 760 mmHg) và dung môi có nhi t đ sôi cao (nhi t đ sôi > 150oC 760 mmHg).

-

Phân lo i theo m c đ bay h i: Dung môi d bay h i (ch s bay h i nh h n 10, n u ta th a nh n ete 20oC và đ m t ng đ i 65 ± 5% là ch t có ch s bay h i b ng 1), dung môi bay h i trung bình (có ch s bay h i t 10 đ n 35) và dung môi khó bay h i (ch s bay h i l n h n 35). bay h i không ch ph thu c vào đi m sôi mà còn ph thu c vào nhi t hóa h i c a ch t l ng.

-

Phân lo i theo đ nh t 20oC: Dung môi ít nh t (đ nh t đ ng h c < 2cP), dung môi có đ nh t trung bình (2 – 10 cP) và dung môi có đ nh t cao (>10 cP).

Nh ng dung môi có phân t v i momen l ng c c v nh c u g i là dung môi không phân c c.

-

Phân lo i theo h ng s đi n môi: Dung môi có h ng s đi n môi cao tác d ng nh nh ng dung môi phân ly hay dung môi phân c c và dung môi có h ng s đi n môi th p g i là dung môi không phân c c.

96

Phân lo i theo tính ch t acid-baz: Dung môi acid là nh ng ch t có kh n ng cho proton, dung môi baz là nh ng ch t có kh n ng nh n proton. Khi acid hoà tan trong dung môi baz thì cân b ng acid-baz đ c thi t l p Phân lo i theo ngu n g c dung môi: Dung môi có ngu n g c d u khoáng và dung môi có ngu n g c t th c v t, đ ng v t (hay còn g i là dung môi sinh h c).

4.1.2. Tính ch t v t lý c a dung môi h u c Tính ch t v t lý c a dung môi là m t y u t quan tr ng khi l a ch n dung môi trong các ng d ng. Tr c tiên, dung môi ph i tr ng thái l ng d i áp su t và nhi t đ mà nó đ c s d ng. Các tính ch t nhi t đ ng c a dung môi nh m t đ , áp su t bay h i, nhi t tr , s c c ng b m t, đ nh t, kh n ng kh ch tán, kh n ng d n nhi t, tính d n đi n, tính ch t quang h c, t tính và momen l ng c c, h ng s đi n môi c ng đ c quan tâm. Ngoài ra, các đ c đi m và phân t c a dung môi nh kích th c, b m t, th tích c a phân t dung môi c ng ph i kh o sát.

4.1.2.1.Solvat hoá Khi ch t tan b hoà tan vào m t dung môi hay m t h n h p dung môi thì l c h p d n gi a các phân t c a ch t tan gi m đi b i vì phân t dung môi thâm nh p vào gi a các phân t ch t tan và cu i cùng t o thành m t l p bao quanh các phân t ch t tan. Quá trình này g i là quá trình solvat hóa. K t qu là s phân tán c a các phân t ch t tan vào dung môi m c phân t . l n c a l c solvat và s phân t dung môi bao quanh phân t ch t tan ph c thu c vào thông s tan, momen l ng c c, liên k t hydro, đ phân c c, kích th c phân t ch t tan và dung môi. S phân t dung môi trong ph c h p dung môi – ch t tan đ c xác đ nh b ng đ solvat beta. solvat t ng khi kích th c c a phân t dung môi gi m và t ng cùng v i tham s tan.

4.1.2.2.Kh n ng pha loãng T l th tích c a ch t không hoà tan/dung môi mà ch t tan ch a b k t t a g i là t l pha loãng. T l pha loãng đ c xác đ nh d a vào kinh nghi m ch không th đo chính xác. T l pha loãng ph thu c nhi t đ . Dung môi có kích th c phân t nh , kh n ng hoà tan t ng khi nhi t đ t ng. V i nh ng dung môi có kích th c phân t l n thì ng c l i. Khi kh i l ng phân t t ng lên, kh n ng hoà tan gi m do s t ng lên c a l c t ng tác n i phân t . Ví d benzen tan hoàn toàn trong etanol trong khi antraxen và etanol ch tan vào nhau m t ph n. Do kh i l ng phân t r t l n nên nh ng polyme có liên k t chéo không tan trong dung môi dù nhi t đ t ng. Tuy nhiên, chúng ph ng lên trong dung môi tu thu c vào b n ch t và m t đ c a liên k t chéo trong dung môi.

4.1.2.3.S hoà tan và kh n ng tan V i t l h u h n, quá trình hoà tan l i ph thu c vào b m t c a ch t tan, đ tinh th hoá, nhi t đ và t l phân tán c a nó trong dung môi. Khe h tr n l n: M t s c p dung môi có th tr n l n v i dung môi kia theo t t c các t l và trong nhi t đ hoà tan gi i h n.

Khe h hoà tan có th xu t hi n do l c t ng tác n i phân t , ph thu c m nh vào nhi t đ .

Trong h n h p trietylamin – n c, liên k t hydro N…H – O y u. nhi t đ h n 17oC, liên k t hydro s b phá hu và s hoà tan không x y ra. Ch nhi t đ d i 19,5oC hexan và nitrobenzen m i b hoà tan hoàn toàn.

97

4.1.2.4.Kh n ng bay h i c a dung môi T l bay h i c a dung môi ph thu c vào nh ng y u t áp su t bay h i nhi t đ làm vi c, nhi t cung c p, đ liên k t phân t , s c c ng b m t, kh i l ng phân t dung môi, s ch y r i c a khí quy n, đ m c a không khí. Trong th c t th i gian bay h i c a m t dung môi nh t đ nh đ c xác đ nh b ng cách so sánh v i th i gian bay h i c a dietyl este trong cùng đi u ki n thí nghi m.

4.1.2.5.Tính hút m M t s dung môi đ c bi t (dung môi có ch a nhóm hydroxyl) là nh ng ch t hút m, chúng h p th m trong không khí đ n m t m c nào đó khi đ t đ c cân b ng. L ng n c h p thu đ c ph thu c vào nhi t đ và đ m không khí. Glycol ete và r u là nh ng ch t có tính hút m khá m nh 4.1.2.6.T tr ng và đ khúc x Nhi t đ sôi, t tr ng và ch s khúc x đ c dùng đ đánh giá đ tinh khi t c a dung môi. Ng i ta th ng xác đ nh t tr ng c a dung môi 20oC và liên h v i t tr ng c a n c 40C. T tr ng c a h u h t các dung môi gi m khi t ng nhi t đ . nh t và s c c ng b m t

4.1.2.7.

nh t c a m t dãy đ ng đ ng c a dung môi t ng khi phân t l ng t ng. Dung môi mà phân t ch a nhóm hydroxyl có đ nh t cao h n do có liên k t hydro. nh t c a dung môi có nh h ng l n t i đ nh t c a dung d ch. nh t gi m khi t ng nhi t đ . S c c ng b m t c a dung môi liên quan t i m t đ n ng l ng k t dính và áp su t n i t i c a ch t l ng.

4.1.2.8.M t đ h i M t đ h i là kh i l ng c a h i dung môi trên m t m3 th tích không khí trong đi u ki n cân b ng 101,3 kPa. M t đ h i t ng ng v i l ng dung môi trong không khí tr ng thái bão hoà và ph thu c vào nhi t đ . M t đ h i t ng đ i DS đ c tính theo công th c sau: DS =

-

MS M air

Ds : m t đ h i t ng đ i Ms : kh i l ng phân t c a dung môi.

Mair : kh i l ng phân t trung bình c a không khí. Mair = 28,95 g/mol.

Trong đi u ki n lý t

ng m t đ h i t

ng đ i không ph thu c vào nhi t đ .

4.1.2.9.Tính ch t nhi t và đi n c a dung môi H ng s l ng đi n và đ d n nhi t gi m khi nhi t đ t ng. Nhi t đ mà t i đó h n h p h i dung môi – không khí b c cháy khi ti p xúc tr c ti p v i ng n l a g i là nhi t đ ch p cháy c a dung môi. Nhi t đ ch p cháy t ng khi áp su t h i gi m. H n h p h i dung môi – không khí không ch b c cháy khi ti p xúc v i ng n l a tr c ti p mà có th t b c cháy khi đ t t i nhi t đ t b c cháy.

4.1.2.10. H n h p đ ng phí S liên k t phân t gi a các thành ph n c a h n h p có th d n t i trong h có đi m sôi c đ nh m t n ng đ đã bi t. i m sôi này có th th p h n ho c cao h n so v i t ng

98

c u t thành ph n. Benzen – n c, benzen – etanol, axeton – clorofom là các ví d v h n h p đ ng phí. H n h p đ ng phí có nhi t đ th p h n nhi t đ sôi c a t ng c u t thành ph n. Có ng d ng quan tr ng trong công nghi p s n do n c và dung môi s bay h i nhanh h n thông th ng. Tuy nhiên, h n h p đ ng phí c ng có nh ng b t l i nh : đi m ch p cháy th p h n so v i t ng c u t thành ph n, gi i h n cháy n cao h n, t l bay h i cao h n s d n đ n nh h ng không t t trên b m t s n.

Dung môi có thông s tan và liên k t hydro trung bình thích h p đ làm ch t b c c u, đ c bi t là axeton và glycol ete. Butyl glycol, diglycol và triglycol th ng đ c s d ng b i nhóm k n c và nhóm a n c. H g m hai hay nhi u h n hai c u t tính ch t đ c gi i thích d a vào t ng tác n i phân t và thông s tan. N c và tetraclorometan có thông s tan và thông s liên k t hydro khác xa nhau. Do đó chúng không tan trong nhau.

Thêm axeton vào thì do liên k t hydro mà m t ph n tetraclorometan do kh n ng phân tán và do l c c m ng. B ng cách cho thêm axeton mà t o ra m t h n h p đ ng nh t.

4.1.2.11. Thông s Hidebrand Thông s Hidebrand là m t trong nh ng thông s quan tr ng đ d đoán kh n ng hòa tan c a dung môi:  ∆H − RT  = C    Vm 

= ∂

-

1

2

∂ : T ng s Hidebrand : M t đ n ng l ∆H : Nhi t bay h i R: H ng s khí Vm: Th tích phân t C

ng liên k t

4.1.2.12. Tính ch t hoá h c c a dung môi Tính tr v m t hoá h c là đi u ki n tiên quy t đ s d ng m t ch t l ng nh dung môi. Hydrocacbon dãy béo và dãy th m là nh ng ch t hoá h c tr và do đó đ c s d ng nhi u làm dung môi. Các alcol là ch t b n v ng v m t hoá h c nh ng l i ph n ng v i kim lo i ki m, kim lo i ki m th và nhôm t o mu i. Các este và ceton khá b n v ng đi u ki n th ng nên đ c ng d ng nhi u trong công nghi p s n m c dù este có th b thu phân t o thành r u và acid.

4.1.3.

ng d ng c a dung môi h u c

Dung môi h u c có ngu n g c d u m chi m h n 90% s n l ng dung môi trên toàn th gi i đ c ng d ng r ng rãi trong nhi u lãnh v c nh t ng h p hóa h c, phân tích hóa h c và các ngành công nghi p nh s n xu t d c ph m và ch bi n, công nghi p s n xu t th c ph m và gia v , s n xu t nguyên li u và ch t ph , công ngh làm s ch, tách chi t, công ngh d t, in, …Trong ph n ng hóa h c dung môi là thành ph n r t quan tr ng vì đóng vai trò môi tr ng cho ph n ng x y ra, nh h ng đ n hi u qu c a quá trình khu y tr n, làm thay đ i đ nh t c a h ph n ng, …

X ng dung môi là h n h p c a các parafin, các xycloparafin và các hydrocacbon có nhi t đ sôi t 150 – 220oC. Chúng là ch t l ng trong su t, n đ nh hoá h c, không n mòn và có mùi êm d u. X ng dung môi đ c ng d ng r ng rãi đ chi t d u và m th c v t, s n xu t keo trong công nghi p cao su, ch t o s n, vecni, r a các chi ti t máy, gi t qu n áo,

99

t ng h p da nhân t o… X ng dung môi dùng cho công nghi p cao su là phân đo n có nhi t đ sôi th p (80 – 120oC), ch ng c t tr c ti p t d u m ho c t quá trình refoming xúc tác đã kh th m. X ng dung môi dùng trong công nghi p s n g i là x ng tr ng hay x ng th m s n xu t b ng ch ng c t tr c ti p t phân đo n x ng và ch ng c t l i trong kho ng 165 – 200oC. Dung môi này đ c s d ng ch y u làm ch t pha s n, làm khô s n, cho in m u lên v i, khi bay h i không có mùi, có v n t c bay h i v a ph i đ không làm nh h ng đ n ch t l ng b m t s n.

Hình 4. 2. Các lo i dung môi và ng d ng c a dung môi trong công nghi p Dùng cho các m c đích k thu t khác, dung môi có thành ph n phân đo n r ng h n ng v i kho ng sôi t 45 – 170oC. Dung môi này có nhi t đ sôi đ u nh nh t trong các lo i dung môi, d bay h i, đ c h i và d cháy n . Dung môi dùng đ tách chi t (x ng chi t) thu đ c thông qua quá trình refoming xúc tác đã tách hydrocarbon th m và có thành ph n c t h p. X ng chi t dùng ch y u trong các nhà máy s n xu t d u đ tách d u th c v t ho c tách m kh i da ho c làm dung môi khô nhanh trong công nghi p cao su và s n d u.

Hi n nay g n m t n a dung môi trên th gi i đ c s d ng vào m c đích s n và ch t ph . Ngoài ra là s d ng trong công nghi p s n xu t ch t k t dính, m c in, d c ph m, ch bi n hóa ch t, làm s ch kim lo i và hóa ch t, tách chi t và các ng d ng khác trong nông nghi p. V i nhu c u s phát tri n c a công ngh , tiêu th dung môi toàn c u t ng nhanh.

Theo báo cáo c a HIS, n m 2012 toàn th gi i tiêu th kho ng h n 28 tri u t n (MMT).

Trung Qu c tiêu th h n 9 MMT g n g p đôi so v i 5 MMT c a B c M , châu Âu đã tiêu th g n 6 MMT, các n c châu Á khác kho ng 4 MMT trong khi Nh t B n ch tiêu th 2 MMT dung môi. IHS cho bi t nhu c u dung môi Trung Qu c d ki n s t ng kho ng 5 6 % m i n m d ki n không thay đ i ho c gi m Hoa K và Liên minh châu Âu do các quy đ nh ch t ch h n v môi tr ng h n.

100

Hình 4. 3. D ki n nhu c u v dung môi trên th gi i t ng m nh t 2010 – 2018

B ng 4. 1. Tính ch t c b n c a các m t s dung môi h u c thông d ng

16.6 -94.3 -46 5.5

Kh i l ng riêng (g/mL) 1.049 0.786 0.786 0.879

hòa tan trong n c (g/100g) M M M 0.18

phân c c 0.648 0.355 0.460 0.111

3.3 9.8 3.8 4.9

39 -18 6 -11

-89.5

0.81

7.7

0.602

0.79

35

-86.3 25.5

0.805 0.786

25.6 M

0.327 0.389

2.7 3.5

-7 11

76.7

-22.4

1.594

0.05

0.052

2.8

CHCl3 C6H12

61.2 80.7

-63.5 6.6

1.498 0.779

0.8 <0.1

0.259 0.006

1.2 13

-20

C4H10O3

245

-10

1.118

M

0.713

13

143

C3H7NO

153

-61

0.944

M

0.404

2.8

58

C2H6OS

189

18.4

1.092

M

0.444

18

89

C2H6O C4H10O C4H8O2 C2H6O2 C3H8O3 C7H16 C6H14 CH4O

78.5 34.6 77 197 290 98 69 64.6

-114.1 -116.3 -83.6 -13 17.8 -90.6 -95 -98

0.789 0.713 0.894 1.115 1.261 0.684 0.655 0.791

M 7.5 8.7 M M 0.01 0.014 M

0.654 0.117 0.228 0.790 0.812 0.012 0.009 0.762

7.1 1.2 11 4.7 13

13 -45 -4 111 160 -4 -23 12

Công th c

B.P (oC)

M.P (oC)

acetic acid acetone acetonitrile benzene

C2H4O2 C3H6O C2H3N C6H6

1-butanol

C4H10O

2-butanone t-butyl alcohol carbon tetrachloride chloroform cyclohexane diethylene glycol dimethylformamide (DMF) dimethyl sulfoxide (DMSO) ethanol ether ethyl acetate ethylene glycol glycerin heptane hexane methanol

C4H8O C4H10O

118 56.2 81.6 80.1 117.

6 79.6 82.2

CCl4

Tên

LD50 (g/kg)

29 5.6

F.B (oC)

101

Tên methyl t-butyl ether (MTBE) tetrahydrofuran (THF)

Công th c

B.P (oC)

C5H12O

55.2

C4H8O

66

toluene

C7H8

water

H2O

water, heavy (D2O)

D2O

p-xylene

C8H10

110.

6 100.

00 101.

3 138.

3

M: tan hoàn toàn trong n 4.1.4.

nh h

Kh i l ng riêng (g/mL)

hòa tan trong n c (g/100g)

phân c c

-109

0.741

4.8

0.148

4

-28

-108.4

0.886

30

0.207

2.8

-21

-93

0.867

0.05

0.099

5

4

0.00

0.998

M

1.000

4

1.107

M

0.991

13.3

0.861

I

0.074

5

27

M.P (oC)

LD50 (g/kg)

F.B (oC)

c (completely miscible in water)

ng c a vi c s d ng dung môi h u c

M c dù có nhi u ng d ng quan tr ng nh ng ph n l n các dung môi h u c là hóa ch t không an toàn trong s d ng và gây ra các v n đ v môi tr ng. H u h t các ti m n ng đ c h i c a dung đ u đ c bi t đ n và có nh ng quy t c an toàn cho vi c s d ng, b o qu n và th i lo i dung môi tuy nhiên vi c ti p xúc th ng xuyên trong nghiên c u và s n xu t v n có ti m n ng gây ra nh ng b nh ngh nghi p. Ví d , benzen, m t dung môi có nhi u công d ng nh ng là ch t gây ung th đ c thay th b ng nh ng dung môi ít đ c h n (nh toluen, xylen). Nh ng dung môi h u c có kh n ng h p th d dàng qua da và đi vào c th nh anilin, benzen, butyl glycol, nitro toluene, etyl glycol axetat, etyl benzen, isopropyl glycol, cacbon disunfit, methanol, metyl glycol, nitro benzen, isopropyl benzen, dioxin, tetracloro metan, 1,1,2,2-tetracloro etan, dimetyl fomandehit.

Nguy c khác c a dung môi h u c là kh n ng cháy n vì h u h t các dung môi h u c đ u r t d bay h i do đó d b t cháy ho c là ch t b t cháy. H n h p c a h i dung môi và không khí có th gây n . H i dung môi h u c n ng h n không khí, chúng s l ng xu ng phía d i và có th di chuy n m t kho ng cách l n mà không b pha loãng ra. Do đó vi c kh ng ch nguy c gây cháy n khi s d ng dung môi r t khó ki m soát. Dung môi có nhi t đ t cháy n th ng trên 200oC. Khi đó, s cháy n t di n ra trong không khí không c n cung c p thêm nhi t. M t s dung môi khi cháy t o ra các ch t c c đ c nh phosgene và dioxin. Vì v y ph i th n tr ng khi dùng dung môi nhi t đ cao. Hi p h i Hóa h c M (ACS) đã ban hành m t danh sách các dung môi v i đ y đ các thông tin v công th c phân t , mã s CAS No, m c đ an toàn cho s c kh e và s d ng, m c đ tác đ ng đ n môi tr ng n c, không khí và ch t th i.

Dung môi th m nh benzen, toluen, các dung môi clo nh carbon tetrachlorid, chloroform, dichloromethane, các dung môi h u c khác nh DMSO, DMF, ete d u h a, dietyl ete, aceton, đ c s d ng v i s l ng l n trong nghiên c u và k thu t phân tích.

Các dung môi này không phân h y, r t khó tái s d ng và vi c phân h y chúng r t t n kém.

Các ho t đ ng công nghi p có dung môi gây ô nhi m môi tr ng và có nguy h i đ n s c kh e nh s n xe h i ho c s n trong xây d ng, s n ph đ đ c, tách ho c t y d u m , s n xu t ch t k t dính và keo h , s n xu t linh ki n đi n t , đi n tho i, các ch t t y r a, ch t màu, s n, polyme, nh a, t s i nhân t o (CS2), giày, g , m c in, s n xu t các s n ph m nông nghi p và d c ph m. M c dù đ c h i nh ng nhu c u dung môi cho công nghi p và

102

nhiên c u r t l n nên ng i ta v n ti p t c s d ng song song v i các bi n pháp đ c áp d ng đ gi m thi u nguy c nh tái s d ng, tu n hoàn, qu n lý an toàn và thu h i dung môi… nh ng vi c tìm ra các lo i dung môi khác an toàn h n và có th thay th là gi i pháp mang tính b n v ng.

M t trong nh ng nguyên t c c a hóa h c xanh là đ thúc đ y ý t ng dung môi "xanh h n", không đ c h i, an toàn v i môi tr ng. Gi i pháp thay th an toàn h n là s d ng ph ng pháp t ng h p h u c không dung môi ho c gi m thi u l ng dung môi s d ng và có th thu h i và tái s d ng hay dung môi không đ c h i. Vi c thay th dung môi công nghi p có ngu n g c d u khoáng b ng các dung môi có ngu n g c th c v t (dung môi sinh h c) xu t phát t nhi u lý do, trong đó nh ng lý do chính là ngu n n ng l ng hóa th ch đang d n c n ki t, giá d u thô liên t c t ng h n n a dung môi sinh h c không gây ô nhi m môi tr ng và t n h i đ n s c kh e con ng i.

Dung môi h u c có kh n ng truy n nhi t và truy n kh i t t, đ nh t th p là y u t thu n l i v m t đ ng h c cho ph n ng hóa h c. Vi c thay th b ng các dung môi xanh đôi khi c n ph i t ng ngu n cung c p nhi t đ u vào. M t khác c n l u ý có nh ng dung môi h u c không đ c h i nh isopropanol, etyl acetat, etanol, 2-butanon, limonen (đ c ly trích t h t qu đào). Do đó các công nghi p c n t p trung gi m thi u ho c lo i b các dung môi đ c h i nh t nh các clorocarbon, benzen, toluen, hexan, dioxan, pyridin và metanol.

4.1.5. Dung môi xanh 4.1.5.1.

nh ngh a

Dung môi xanh là dung môi thân thi n v i môi tr ng ho c là dung môi có ngu n g c sinh h c. Dung môi xanh có đ c tính th p, ít tan th p trong n c (tr n l n th p, d phân h y sinh h c trong đi u ki n môi tr ng, nhi t đ sôi cao (không d bay h i, ít mùi, không gây v n đ s c kh e cho ng i lao đ ng) và d dàng tái ch sau khi s d ng. Dung môi sinh h c là dung môi có th đ c s n xu t t các ngu n nguyên li u có th tái t o l i đ c.

Nh ng dung môi thay th ph i tho mãn nh ng yêu c u thân thi n v i môi tr ng và an toàn v i s c kho con ng i, hi u qu s d ng cao, tho mãn yêu c u v kinh t , chi phí s n xu t th p, có kh n ng s n xu t v i s l ng l n. Nh ng dung môi có ngu n g c sinh h c đang c nh tranh v i dung môi có ngu n g c d u m . Các s n ph m có tri n v ng nh t là nh ng dung môi s n xu t t m đ ng th c v t.

4.1.5.2. u nh

c đi m c a dung môi sinh h c

Dung môi sinh h c có nh ng u đi m sau: -

Dung môi sinh h c không đ c h i t i s c kho con ng i: Khi s d ng dung môi sinh h c ng i công nhân không c n s d ng các thi t b b o h đ c bi t. Dung môi sinh h c không gây kích ng da và m t, không gây nh c đ u, choáng váng nên n ng su t c a ng i lao đ ng đ c c i thiên, gi m thi u các b nh ngh nghi p. u đi m này làm cho dung môi sinh h c đ c ng d ng trong y t , m ph m, d c ph m.

-

Phân hu sinh h c d dàng: Do có ngu n g c t th c v t nên dung môi sinh h c đ u b phân hu d dàng.

-

An toàn: Dung môi sinh h c có đi m ch p cháy và đi m sôi cao do đó nó an toàn trong t n tr và v n chuy n h n dung môi có ngu n g c t d u m làm gi m nguy c cháy n .

103

-

Hàm l ng ch t làm th ng t ng ozon (ODCs) th p, ch t gây ô nhi m th p (HAPs), ch t h u c bay h i (VOAs) th p. u đi m này c a dung môi sinh h c có ý ngh a l n trong vi c b o v môi tr ng.

-

Không có mùi khó ch u và không gây kích ng da: Dung môi sinh h c đ d ng trong m ph m.

-

D dàng và không t n kém khi thu h i và tái s d ng

-

S n xu t t ngu n nguyên li u có th tái t o đ

-

Ít th i ra các ch t d bay h i đ c h i

-

Hòa tan nh a và m c in t t

-

c tính th m th u cao

-

c ng

c

Không gây n mòn

Ngoài ra dung môi sinh h c c ng có m t s nh tri n và s d ng r ng rãi:

c đi m do đó nó ch a đ

c phát

-

Giá thành cao: Dung môi sinh h c th

ng đ t h n dung môi d u m t 2-4 l n.

-

H n ch v ngu n nguyên li u: Do kh ng ho ng kinh t và nh ng bi n đ i khí h u nên v n đ nguyên li u cho dung môi sinh h c ngày càng khó kh n. Di n tích tr ng các cây nguyên li u ngày càng b thu h p do nh ng lo ng i v an ninh l ng th c.

-

Hi u qu c a dung môi sinh h c ch a cao: So v i dung môi d u m thì dung môi sinh h c th ng không đáp ng đ c nh ng ch tiêu k thu t mong mu n và hi u qu c a dung môi sinh h c th ng th p h n so v i dung môi d u m .

4.1.5.3. ng d ng c a dung môi sinh h c Hi n nay, dung môi sinh h c đã đ c ng d ng trong r t nhi u ngành công nghi p và trong cu c s ng. Dung môi sinh h c có kh n ng bay h i t ng đ ng th m chí cao h n dung môi có ngu n g c d u m nên đ c ng d ng trong ngành s n và nh a alkyd.

Trong s các dung môi sinh h c đ c nghiên c u, dung môi trên c s metyl este d u th c v t có ng d ng nhi u ng d ng trong t y m c in, t y s n ho c r a súng phun s n, t y d u m c a nh a đ ng, thay th cho các dung môi ch a clo, axeton, các hydrocacbon m ch th ng. m t s n c nh M đã ng d ng metyl este làm m c đ in bao bì đ ng th c ph m vì thân thiên v i môi tr ng, có th phân hu sinh h c, ít đ c h i, d s d ng h n các lo i m c thông th ng. u đi m c a dung môi này là phân hu sinh h c 100%, s n xu t d dàng, chi phí th p, d thu h i và tái s d ng, kh n ng hoà tan nh a, polyme và m c in t t, đ c tính th m th u cao.

Ví d dung môi etyl lactat do phòng thí nghi m qu c gia Argonne (M ) t ng h p t b p. Công trình này đã nh n đ c gi i th ng “Greener Reaction Conditions” n m 1998.

Etyl lactat CH3CHOHCOOC2H5 là este c a axit lactic, d ng l ng trong su t không màu, có áp su t h i bão hòa th p 1,2mmHg 68o F, nhi t đ sôi cao 154oC, s c c ng b m t th p, có kh n ng hòa tan t t v i nhi u ch t tan, phân h y sinh h c 100 %, d tái s d ng, không n mòn, không gây ung th và làm th ng t ng ozon. Etyl lactat đ c t ng h p b ng ph n ng este hóa xúc tác acid c a acid lactic và etanol là hai nguyên li u đi t ngu n tái t o là glucose và lên men đ ng:

104 H O O H+ OH C C OC2H5 + H2O OH C C OH + CH3CH2OH CH3 CH3 H

C6H6O6 Enzym

V i nh ng tính n ng r t đ c bi t, etyl lactat là dung môi quan tr ng trong ngành công nghi p s n và ch t ph cho g , nh a polystyren, kim lo i. Nó c ng r t hi u qu đ t y m c ho c ch vi t và làm s ch trong công nghi p nh a polyuretan, d u m khoáng, ch t k t dính. Ethyl lactate đã thay th đ c cho các dung môi có ngu n g c d u m nh toluen, aceton, etylene glycol, xylen và dung môi ch a có clo nh các clorofluorocarbon (CFCs) và cloroform, metylen clorid (gây ung th ). Ngoài etyl lactat, acid lactic có th chuy n hóa thành các s n ph m xanh khác theo s đ sau:

Hình 4. 4. Các d n xu t t acid lactic

B ng 4. 2. Danh sách các dung môi xanh có th thay th Dung môi thay th t t nh t N c Aceton Etanol 2-propanol 1-propanol Etyl acetat Isopropyl acetat Metanol Metyl etyl ceton (MEK) 1-butanol t-buatanol

4.1.5.4.Dung môi n

Dung môi có th s d ng Cyclohexan Heptan Toluen Metyl cyclohexan Isooctan Acetonitril 2-metyl THF Tetrahydrofuran THF Xylen Dimetyl sulfoxid Acetic acid Etylen glycol

Dung môi đ c h i Pentan Hexan Di-isopropyl ete Dietyl ete Diclorom metan Cloroform Dimetyl formamid Pyridyn Dimetyl acetat Dioxan Benzen Cacbon tetraclorid

c

Tr c đây ng i ta th ng cho r ng n c là m t t p ch t c n lo i b trong quá trình t ng h p ch t h u c nh ng theo xu th “xanh” c a hóa h c và công ngh , g n đây các nhà khoa h c đã nghiên c u s d ng n c làm dung môi xanh thay th các dung môi h u c

105

truy n th ng. Dung môi n c có nhi u u đi m n i b t nh r ti n, s n có, d i dào, không đ c, không cháy, không mùi, không màu, nhi t dung riêng cao, phân c c do dó có kh n ng hòa tan hay tách các h p ch t phân c c. nhi t đ cao n c gi m liên k t H do đó đ phân c c gi m do đó n c có tác d ng nh dung môi h u c . Ví d 300oC, n c gi ng nh dung môi aceton. Ngoài ra nhi t đ cao, n c có th t ion hóa t c là làm t ng hàm l ng các ion OH- và H3O+.

Ví d ph n ng isome hóa gernaniol có th ly trích t s t ng h p các đ n h ng li u mùi hoa h ng nh -terpinol và linanol x y ra trong môi tr ng n c nhi t đ cao không c n s d ng xúc tác và dung môi h u c .

OH OH

H 2O

+

220oC OH terpinol

linanol

Ph n ng Diels-Alder c a cyclopentadien và metyl vinyl ceton trong môi tr ng n c nhanh h n 700 l n so v i dung môi isooctan và t ng t v i acrylonitril nhanh h n g p 30 l n.

Ngoài ra n c có th đóng vai trò k t n i trong h hai pha không tan vào nhau thành h ph n ng đ ng nh t làm t ng kh n ng chuy n kh i c a các tác ch t trong h .

R

+

CO + H2

Rh(H)(CO)(PPh3)2

CHO R

Ph n ng hydro formyl c a anken có xúc tác Rh(H)(CO)(PPh3)2 r t khó kh n đ tách s n ph m aldehid ra kh i xúc tác. S d ng xúc tác Rh t o thành ligan tan trong n c n m gi a b m t ti p xúc pha h u c và pha n c hòa tan xúc tác thúc đ y ph n ng x y ra nhanh h n.

SO3-Na+ P 3

M c dù có nhi u l i th , không đ c h i, chi phí th p và nh ng vi c nghiên c u s d ng n c làm môi tr ng cho ph n ng đang là m t thách th c l n đ i v i khoa h c vì nó hòa tan kém các ch t h u c , m t s tác ch t r t nh y c m v i n c, khó kh n trong vi c x lý n c sinh ra trong ph n ng, …

4.1.5.5.Ph n ng hóa h c không dung môi Theo tri t lý c a hóa h c xanh và công ngh xanh thì dung môi xanh nh t là “không dung môi”. gi m thi u tác đ ng đ n môi tr ng xu h ng nghiên c u hi n nay theo h ng “xanh” là không s d ng dung môi trong các ph n ng t ng h p vì:

106

-

Không ph i thu h i, phân h y hay th i lo i môi tr ng ph n ng nh ng v n đ m b o đ tinh khi t c a s n ph m Gi m các thi t b ph n ng chuyên dùng Quá trình làm tinh khi t m u cho phân tích đ n gi n và đ t n kém ch n l c c a ph n ng cao h n T c đ ph n ng t ng và nhu c u v n ng l ng cho ph n ng gi m Chi phí gi m đáng k vì gi m c chi phí mua dung môi và x lý ho c thu h i dung môi

T ng h p không dung môi đ n gi n, linh ho t, n ng su t cao và có tính ch n l c g m có các ph n ng ng ng t Aldol, ph n ng c ng Michael sau ph n ng Aldol, ng ng t Stobbe, silyl hóa alcol v i clorua silyl, polyme hóa propen, … Không s d ng dung môi phù h p v i các ph n ng c a các tác ch t cùng tr ng thái l ng ho c cùng tr ng thái r n nh ph n ng t ng h p benzen, metanol, MTBE, phenol và polypropylen. Nh c đi m c a lo i ph n ng này là t c đ ch m, trao đ i nhi t kém và s n ph m không tinh khi t. Ngoài ra có s hình thành nh ng đi m nóng c c b làm cho ph n ng không x y ra ho c d n đ n các s n ph m ph không mong mu n. Do đó, cung c p nhi t c n thi t cho ph n ng không dung môi r t quan tr ng, đ c bi t là y u t t n nhi t. N u ph n ng t a nhi t m nh c n gi i quy t b ng các lò ph n ng đ c thi t k hi n đ i nh microwave. V n đ này là m t trong lý do quan tr ng đã h n ch s phát tri n r ng rãi c a các ph n ng không dung môi.

Ví d ph n ng không dung môi t ng h p MTBE là ch t ph gia làm t ng ch s octan, gi m đ bay h i, gi m hàm l ng CO trong khí th i đ c phép pha tr n đ n 15% th tích trong x ng.

H+

H 3C

CH2 + CH3OH

H 3C

CH3 H 3C

OCH3 CH3

ter-butyl metyl ete

2-metyl propylen

Ph n ng t ng h p pyridyn không dung môi x y ra qua 3 giai đo n: -

Giai đo n 1: ph n ng ng ng t Aldol không dung môi

-

Giai đo n 2: ph n ng c ng Michael không dung môi

-

Giai đo n 3: dung môi AcOH N R

R

R

O O

O

O R

CHO

NH4OAc

N

NaOH

NaOH

N

O

N (1)

AcOH

N

N

N (2)

N (3)

Hình 4. 5. T ng h p pyridyn không dung môi 4.1.5.6.Dung môi xanh CO2 siêu t i h n Siêu gi i h n là m t tr ng thái v t lý c a m t h p ch t nhi t đ và áp su t cao h n nhi t đ t i h n Tc và áp su t t i h n Pc. T i đi u ki n này h p ch t t n t i cân b ng gi a tr ng thái h i và tr ng thái l ng. Trên đi m gi i h n này là vùng siêu gi i h n, ch t tr ng

107

thái m t pha duy nh t v i các tính ch t v a c a ch t khí và ch t l ng. Trong vùng này, ch t có m t đ (t kh i) t ng t nh ch t l ng nh ng đ nh t thì t ng t ch t khí do đó t c đ kh ch tan cao làm cho các ch t tr ng thái này có tác d ng dung môi r t t t. T kh i c a ch t Sc l n h n kho ng 102 l n so v i tr ng thái khí nh ng l i nh h n m t n a so v i tr ng thái l ng. nh t c a ch t Sc l n h n 10 l n so v i tr ng thái khí nh ng nh h n 10 l n so v i tr ng thái l ng. H s khuy ch tán khác bi t gi a các pha kho ng 102 l n theo tr t t tr ng thái khí > tr ng thái siêu t i h n > tr ng thái l ng. H s khu ch tán càng l n t c đ ph n ng càng t ng. tr ng thái này khi thay đ i nhi t đ và áp su t các thông s này c ng thay đ i m t cách đáng k do đó làm thay đ i tính ch t dung môi.

Tr ng thái siêu t i h n c a CO2 nhi t đ 31oC, áp su t 73,8 bar và t kh i 0,466 g/mL. tr ng thái Sc, các tính ch t hoá lý c a CO2 thay đ i nh h s th m th u t ng cao, đ nh t và s c c ng b m t gi m.

Hình 4. 6. Gi n đ pha c a tr ng thái siêu t i h n u đi m khi s d ng CO2 làm dung môi

tr ng thái Sc:

-

T i tr ng thái Sc CO2 có hai đ c tr ng phân tách c a quá trình trích ly và phân tách c a quá trình ch ng c t nên phù h p đ trích ly tinh d u và các h p ch t t nhiên ph c v công nghi p d c ph m, m ph m v i hi u su t trích ly cao, s n ph m tinh khi t, không th i lo i hay t n d dung môi trong s n ph m, không gây ô nhi m môi tr ng, an toàn v i các h p ch t t nhiên nh y c m v i nhi t đ cao.

-

Ngoài ra nó có kh n ng hòa tan r t t t các đ i t ng c n tách ra c 3 d ng r n, l ng và khí. Sau quá trình chi t, đ thu h i s n ph m ch c n gi m áp su t th p h n áp su t t i h n thì CO2 chuy n sang d ng khí ra ngoài còn s n ph m đ c l y ra bình h ng.

-

CO2 tr ng thái Sc thân thi n v i môi tr ng và an toàn khi s d ng trong các quá trình hóa h c vì không cháy, ít đ c h n nhi u so v i các dung môi h u c khác, tr v i các h n h p các ch t trong ph n ng. CO2 có s n trong t nhiên và có th thu h i làm dung môi xanh đ làm s ch môi tr ng.

-

CO2 có th hòa tr n v i các lo i khí v i b t kì t l nào khi

nhi t đ trên 304K.

108

-

nh t c a CO2 l ng ch b ng 1/10 H2O do đó h s Reynolds đo kh n ng truy n nhi t đ i l u (ρVD/µ, trong đó V là v n t c ch t l ng, ρ là t tr ng và µ là đ nh t) g p kho ng 10 l n so v i ch t l ng thông th ng.

-

S c c ng b m t khi s d ng CO2 th p h n nhi u so v i các dung môi h u c thông th ng nên đ khu ch tán các ch t hòa tan đ c cao h n.

Tuy nhiên làm dung môi

tr ng thái Sc CO2 c ng có m t s nh

c đi m sau:

-

Áp su t h i c a CO2 nhi t đ phòng l n h n 60 bar nên khi s d ng CO2 tr ng thái Sc đòi h i ph i có m t thi t b áp su t cao, đ m b o an toàn. Ngoài ra, vi c không ki m soát đ c l ng l n CO2 sinh ra trong không khí có th gây ng t cho nh ng ng i xung quanh. Nh ng v n đ này đã gây ra không ít c n tr trong vi c th ng m i hóa CO2.

-

Chi phí đ u t r t l n cho trang thi t b chuyên dùng so v i dùng dung môi h u c thông th ng.

-

tr ng thái Sc CO2 có h ng s đi n môi th p kho ng 1.1÷1.5 tùy thu c vào t tr ng. i n môi th p có th là b t l i cho quá trình hóa h c vì m t vài ph n ng c n dung môi phân c c. H s đi n môi th p còn nh h ng đ n kh n ng hòa tan c a các ch t trong CO2.

-

CO2 là m t acid Lewis không thu n l i cho ph n ng có các baz m nh.

-

CO2 có th đ

-

CO2 trong n c có pH th p do d b hòa tan trong n bar), t o thành H2CO3 có th nh h ng đ n ph n ng.

-

CO2 là dung môi y u (phân c c th p). ây có l là nh c đi m l n nh t c a CO2 do đó CO2 không có kh n ng sovat hoá h p ch t mà c n t ng áp su t đòi h i CO2 nh h ng đ n kh n ng th ng m i hóa c a CO2.

c hydro hóa khi có xúc tác kim lo i quý đ t o CO. c

áp su t v a ph i (<100

Áp d ng 12 nguyên t c c a hóa h c xanh đ làm đánh giá v tính b n v ng c a dung môi CO2 tr ng thái Sc cho th y nó đáp ng đ c nguyên t c 1, 5, 4 và 7. Tr ng thái Sc c a CO2 hi n nay đ c ng d ng trong nghiên c u và s n xu t công nghi p nh ng lãnh v c sau: Ly trích (Extraction - SFE) t v t li u r n là ng d ng phát tri n nh t ch y u trong các s n ph m th c ph m nh cà phê, chè, h ng li u th c ph m nh hoa bia, h ng li u, ch t t o màu, chi t xu t giàu vitamin, tách ch t béo, chi t các thành ph n d c li u, ....

Dung môi h u c còn sót ho c khác các t p ch t khác nh thu c tr sâu đ c lo i hi u qu ra kh i các s n ph m cu i cùng. ng d ng đ u tiên c a tách chi t s d ng Sc-CO2 là kh caffein n m 1980 c a Kurt Zosel ( c) đ t hi u su t tách 97 - 99% v i u đi m ki m soát chính xác áp su t đ tách hi u qu caffein nh ng v n gi đ c h ng v . Nhi u quy trình ly trích tinh d u b ng ph ng pháp Sc-CO2 t các lo i th o d c, trái cây cho ngành d c ph m, h ng li u, th c ph m đã đ c th ng m i hóa nh tinh d u g ng, t i, đào, tách ch t béo t d u m , s a, ….

109

Hình 4.7. Quy trình tách uranium t ph c h n h p v i tributulphotphat b ng Sc-CO2 -

Môi tr

ng ph n ng:

Ph n ng t ng h p polycarbonat t bisphenol A và diphenyl carbonat trong SC-CO2 CH3 OH

O HO +

O

O

CO2

CH3 O

CH3

O O

CH3

+ n

OH

T ng h p s i nhân t o nylon 6-6 trong pha hòa tan O O Sc-CO2 HO C (CH2)4 C OH + H2N (CH2)6 NH2 -H2O acid adipic

hexametylendiamin

O O O O C (CH2)4 C NH C (CH2)6 C NH (CH2)6 NH Nylon 6-6

Ph n ng hyrogen hóa imin trong Sc-CO2 nhanh h n 20 l n so v i trong dung môi CH2Cl2 vì khí H2 hòa tan t t trong môi tr ng Sc-CO2.

Ph Ph

Me

H2/Sc-CO2 Ir

H NHPh Ph

Me

Hình 4.8.Ph n ng hydrogen hóa imin trong Sc - CO2 Công ngh làm s ch: Các dung môi halogen b c m s d ng r ng rãi vì nh ng m i nguy h i đ n s c kh e con ng i và môi tr ng do đó dung môi đ gi t khô hàng d t may và t y d u m và làm s ch các b ph n c khí và đi n t tr thành m t v n đ toàn c u.

Dung môi n c và ch t ho t đ ng b m t k t h p v i Sc-CO2 đã thay th đ c các dung môi clo và CFC. Tuy nhiên quá trình này ch a đ c th ng m i hóa r ng rãi vì chi phí thi t b còn r t cao.

-

Công ngh s n xu t polyme: Các ngành công nghi p s n xu t s n ph m d ng b t nh s n, m c in và và thu c luôn tìm ki m các gi i pháp t o ra các h t có d i phân b h p

110

c a kích th c nano ho c micro. Ph ng pháp s n xu t c đi n s d ng nhi u dung môi h u c đ c h i v i môi tr ng nh clorofluorocarbons (CFC). CO2 siêu t i h n đ c s d ng là dung môi xanh trong quá trình ch bi n polyme nh tr n l n, t o b t và h t, tách chi t và t ng h p polyme.

Hình 4.9. Polyetylen k t tinh t dung d ch n - pentan trong môi tr ng Sc-CO2 có hình thái phi n m ng r t th ng nh t và có th đ c ki m soát b ng áp su t [W. Zhang, E. Kiran, J. Supercritical Fluids, 38, 406, 2006]

Hình 4.10. Polyme sinh h c poly(e-caprolacton) đ c tái k t tinh ho c t o x p trong môi tr ng Sc-CO2 đi u ki n nhi t đ và áp su t khác nhau [E. Kiran, K. Liu, K. Ramsdell, Polymer, 49, 1853, 2008]

Hình 4.11. S đ quy trình t o h t kích th

c nano trong môi tr

ng Sc-CO2

111

4.2.

Các ph

4.2.1. Ph

ng pháp t ng h p hi n đ i

ng pháp siêu âm

Siêu âm đ c bi t l n đ u tiên vào n m 1927 khi Richards và Loomis công b nghiên c u “ nh h ng hóa h c c a sóng âm thanh t n s cao”. Theo k t qu này, sóng siêu âm đã tác d ng thúc đ y v n t c c a ph n ng th y phân dimetyl sunfat, ph n ng kh KMnO4 b ng acid oxalic và kh KIO3 b ng H2SO3. N m 1929, trong quá trình nghiên c u nh h ng c a sóng siêu âm đ n ph n ng oxy hóa, l n đ u tiên Schmitt et al. đã tìm ra s t o thành H2O2, s b gãy liên k t c a CCl4 d i tác d ng c a sóng siêu âm trong dung d ch n c. Cho đ n nay, sóng siêu âm đã đ c nghiên c u và ng d ng trong r t nhi u các lãnh v c nh công ngh hóa h c, công ngh v t li u, công ngh th c ph m, chu n đoán y khoa, x lý môi tr ng,….

Ph n ng hóa h c có s h tr c a sóng siêu âm làm gi m th i gian ph n ng, t ng hi u su t, gi m các đi u ki n c a ph n ng nh rút ng n th i gian, h nhi t đ , gi m hàm l ng xúc tác, t ng tính ch n l c, t ng ho t tính c a xúc tác, …. Tuy nhiên ph ng pháp này c ng có m t s nh c đi m nh n mòn thi t b , gây ti ng n và có th làm t ng hàm l ng s n ph m ph .

4.2.1.1.Sóng siêu âm Siêu âm là sóng c h c có t n s l n h n gi i h n trên ng ng nghe c a con ng i (20kHz). Không có gi i h n trên chính xác c a sóng siêu âm, th ng là kho ng 5 MHz đ i v i các ch t khí và 500 MHz đ i v i các ch t l ng và r n. Các ngu n sóng siêu âm có trong t nhiên: D i, m t vài loài cá bi n phát sóng siêu âm đ đ nh h ng … Sóng siêu âm có ba vùng: -

T n s th p hay n ng l ng cao (20 kHz đ n 100 kHz) T n s cao hay n ng l ng trung bình (100 kHz đ n 1MHz) T n s cao hay n ng l ng cao th p (1 MHz đ n 10 MHz)

Sóng siêu âm có gi i t n s t 20 kHz-1 MHz đ c s d ng cho các quá trình siêu âm, t n s trên 1 MHz đ c dùng trong chu n đoán y khoa. V b n ch t, sóng âm là sóng c h c do đó nó tuân theo m i quy lu t đ i v i sóng c . Ng i ta có th t o ra sóng âm b ng cách tác đ ng m t l c c h c vào môi tr ng truy n âm.

4.2.1.2.Các đ i l Các đ i l

ng đ c tr ng c a sóng siêu âm ng đ c tr ng c a sóng bao g m:

-

Chu k T = (s): kho ng th i gian mà sóng th c hi n m t l n nén và m t l n dãn.

-

T n s f = (Hz): s chu k th c hi n đ

-

V n t c truy n: quãng đ

-

B c sóng = ( m): quãng đ chu k ( = v.T = v/f).

c trong 1 giây.

ng mà sóng âm truy n đ ng mà sóng truy n đ

c sau m t đ n v th i gian c sau kho ng th i gian b ng 1

4.2.1.3.C u t o c a sóng âm Sóng c ra làm hai lo i sóng d c và sóng ngang. Sóng ngang là sóng mà ph ng dao đ ng c a các ph n t c a môi tr ng vuông góc v i tia sóng. Sóng ngang xu t hi n trong các môi tr ng có tính đàn h i v hình d ng. Tính ch t này ch có v t r n. Sóng d c là sóng mà ph ng dao đ ng c a các ph n t môi tr ng trùng v i tia sóng. Sóng d c xu t

112

hi n trong cá môi tr ng ch u bi n d ng v th tích, do đó nó truy n đ c trong các v t r n c ng nh trong môi tr ng l ng và khí. Sóng siêu âm ng d ng trong siêu âm ch n đoán thu c lo i sóng d c.

Hình 4. 12. Dao đ ng c a sóng siêu âm 4.2.1.4.S “s i b t bong bóng âm thanh” N ng l ng c a sóng âm thanh là n ng l ng c h c. Tác d ng đ c bi t c a sóng siêu âm hi n nay đ c gi i thích b ng hi n t ng t o thành, l n lên và v n c a các bong bóng. Quá trình này g i là “s i b t do âm thanh” hay “t o bong bóng do âm thanh”. Chu k c a sóng truy n trong ch t l ng g m hai giai đo n nén và x . Giai đo n nén làm t ng áp su t c a ch t l ng và đ y các phân t ch t l ng l i g n nhau. Trong giai đo n x , áp su t gi m, các phân t b đ y ra xa kh i nhau. Trong giai đo n này, n u c ng đ sóng âm l n h n l c hút gi a các phân t ch t l ng v i nhau thì trong ch t l ng hình thành các l h ng hay bong bóng (nhân) không b n. N u kích th c l n các b t bong bóng s thoát lên kh i lòng ch t l ng và v n trên b m t do chênh l ch áp su t. N u kích th c nh , các bong bóng l i hòa tan vào trong ch t l ng. Các b t bong bóng liên t c h p thu n ng l ng t hai giai đo n luân phiên nén và x c a sóng siêu âm làm cho kích th c đ c gia t ng r i co l i đ đ t cân b ng đ ng h c gi a h i trong b t bong bóng và ch t l ng c a môi tr ng. Khi đ t đ n đ ng kính gi i h n, các b t bong bóng v n hình thành các nhân cho các b t bong bóng m i ho c khu ch tán vào môi tr ng. S v n x y ra cùng m t lúc hàng ngàn v trí trong bình ph n ng t o ra đi u ki n đ c bi t cao v nhi t đ và áp su t. Nh v y, quá trình s i b t âm thanh có ba giai đo n: t o nhân, gia t ng kích th c bong bóng và v n trong ch t l ng. ng kính c a b t bong bóng tr c khi v n tùy thu c vào t n s c a sóng siêu âm (20 kHz: 170 m; 500 kHz: 4,6 m; 1 MHz: 3,3 m). Bong bóng có th i gian “s ng” r t ng n, g n 0,4 s 500 kHZ và 10 s 20 kHz.

Hình 4.13. S hình thành và đ i s ng c a bong bóng âm thanh

113

S v n c a bong bóng ph thu c vào các y u t nhi t đ , biên đ và t n s âm thanh, áp su t môi tr ng, kích th c bong bóng, thành ph n và d ng khí hòa tan trong môi tr ng. Hi n t ng này t o ra môi tr ng đ c bi t thu n l i cho các ph n ng. Noltingk và Neppiras đã tính toán nhi t đ và áp su t l n nh t bên trong các bong bóng trong th i gian v n : Tmax =

To Pa ( − 1) (4. 1) Pv  

Pmax

 P ( − 1)   = Pv  a    Pv

  −1 

(4. 2)

To : nhi t đ ch t l ng Pa : áp su t âm thanh tr

c khi v n

: h s nhi t đ c tr ng c a khí ho c h i đ c hòa tan trong ch t l ng đ ngh a là l ng nhi t đ c gi i phóng trong chu k nén đo n nhi t.

c đ nh

Pv : áp su t h i c a dung môi Ví d bong bóng ch a nit ( = 1,33) trong n c 20 oC, 1 atm thì nhi t đ và áp su t khi v n là 4200 K và 975 atm. Nhi t đ cao trong bong bóng khi v n hoàn toàn s t o thành đi m nóng c c b (hot-spot, 2100 oC) vùng ch t l ng xung quanh bong bóng và đi m này c ng b ngu i đi nhanh chóng do nhi t b khuy ch tán vào môi tr ng v i v n t c l n h n 1010 K.s−1. S v n còn t o ra các hi n t ng v t lý khác bên ngoài các b t bong bóng (trong môi tr ng l ng) nh l c kéo, l c nén, và t o ra lu ng ch t l ng đ i l u.

Nhi u nghiên c u cho bi t r ng khi t ng t n s c a sóng âm thì s t o thành và m t đ c a b t bong bóng gi m. Có th gi i thích v n đ này m t cách đ nh tính nh sau: t n s sóng cao, th i gian c a giai đo n x và nén c a sóng r t ng n không đ đ b t bong bóng phát tri n đ n kích th c c n thi t đ đ gây ra các hi n t ng v t lý có tác d ng h tr cho ph n ng hóa h c. t n s 20 kHz, th i gian c n thi t c a giai đo n x đ đ t đ n áp su t âm l n nh t là 12,5 s. i v i t n s 20 MHz th i gian c n thi t là 0,0125 s. So sánh đi u ki n c n thi t đ x y ra s v n , có th th y: (i) 20 kHz, đ ng kính c a bong bóng là 170 m trong khi 500 kHz là 4,6 m; (ii) th i gian t i đa đ bong bóng l n lên và v n t n s 20 kHz (0,4 s) nh h n 500 l n so v i t n s 500 kHz (10 s). Chính vì th trong các ph n ng hóa h c th ng s d ng sóng siêu âm có t n s t 20 – 50 kHz. t n s sóng cao mu n t ng s v n bong bóng ph i t ng m t đ âm thanh. t o ra các b t bong bóng thì c ng đ c a sóng âm đ c t o ra do áp su t âm trong giai đo n x ph i th ng đ c l c hút gi a các phân t ch t l ng. Do đó khi ch t l ng có đ nh t cao, l c t ng tác gi a các phân t ch t l ng t ng làm t ng ng ng t o b t bong bóng.

Nhi t đ là y u t quan tr ng nh h ng đ n s s i b t bong bóng âm thanh. S thay đ i nhi t đ s làm thay đ i c ng đ sóng siêu âm thông qua các thông s đ nh t c a ch t l ng, áp su t h i c a môi tr ng, kh n ng hòa tan và t c đ khu ch c a các ch t khí hòa tan trong ch t l ng. Có th th y nh h ng c a nhi t đ đ i v i v n t c ph n ng siêu âm trong m t s nghiên c u đ c li t kê trong. Trong b t bong bóng có ch a khí và h i c a ch t l ng. Nhi t đ cao s làm t ng áp su t h i Pv c a bong bóng nh ng làm gi m hi u

114

qu c a s v n bong bóng vì Tmax và Pmax gi m (4.1 và 4.2). Nhi t đ t ng còn làm gi m s c c ng b m t do đó làm gi m nhi t đ v n c a bong bóng. Nhìn chung tr m t s ngo i l , ph n ng siêu âm đ ng th gi m khi nhi t đ c a môi tr ng ch t l ng t ng.

Tính ch t v t lý nh đ phân c c, tính ái n c, n ng đ ban đ u, đ b n nhi t, ho t tính hóa h c c a các ch t tan, s c c ng b m t, b n ch t và hàm l ng các khí hòa tan đ u ành h ng đ n hi u qu c a ph n ng siêu âm. Có th th y đ c đi u này thông qua các bi u th c có các thông s v áp su t h i hay t tr ng. Áp su t v n c a bong bóng t ng khi s c c ng b m t c a môi tr ng l ng t ng.

N c tinh khi t là ch t l ng có s c c ng b m t l n nh t do đó có c ng đ v n l n nh t.

Theo nghiên c u c a Pleset, glycerol có tác d ng v n l n h n aceton, etanol, formamid.

K.S. Suslick et al. khi nghiên c u nh h ng c a siêu âm đ i v i ph n ng c a ch t l ng h u c không ch a n c đã rút ra k t lu n: các ch t tan h u c có áp su t h i th p s làm t ng c ng đ v n c a các bong bóng do đó khi nhi t đ trong th i gian v n t ng làm t ng v n t c c a ph n ng. Áp su t h i trong môi tr ng l ng t ng làm t ng hàm l ng h i ch a trong bong bóng do đó l ng nhi t thoát ra khi v n gi m. nh h ng c a ch t khí hòa tan đ i v i s v n bong bóng khá ph c t p và tùy thu c vào t ng thi t b s d ng và đi u ki n c a c th ph n ng. Trong m t s tr ng h p, nhi u nghiên c u cho th y r ng các ch t khí hòa tan nh không khí, ozon hay Ar ho c các ch t r n d ng h t nh TiO2, CuO, MnO2, NaCl có tác d ng nh m t xúc tác cho ph n ng hóa h c. Hi n t ng này đ c gi i thích do có nhi u nhân bong bóng đ c t o ra h tr cho quá trình hình thành và v n c a bong bóng. Các thông s c a ch t khí hòa tan nh h ng đ n c ng đ v n là kh n ng hòa tan, h s đa h ng và đ d n nhi t c a khí.

Khí có c u t o l ng phân t nh oxy, nit thì tác d ng t t h n các khí c u t o đa phân t . d n nhi t kém và kh n ng hòa tan th p c a khí làm t ng áp su t v n .

M t s nghiên c u c a Drijvers, Sperpone, Kotronarou …cho th y r ng pH c a dung d ch nh h ng tr c ti p đ n đ phân c c và ho t tính c a các ch t tan h u c đ c bi t là các ch t tan có nhóm –OH, NH2 và –COOH. S t o thành c a các mu i trong các ph n ng đã làm gi m áp su t h i c a các ch t trong h n h p đ n m c mà chúng không đi vào đ c trong lòng các bong bóng do đó làm gi m tác d ng c a sóng siêu âm.

Hình dáng c a bình ph n ng c ng là m t y u t nh h ng đ n s v n bong bóng.

D i tác d ng c a rung c a thanh siêu âm, có m t dòng âm thanh chuy n đ ng trong bình ph n ng và ph thu c vào t n s c a sóng siêu âm, c ng đ c a âm thanh, đ nh t và hình d ng c a bình ph n ng.

4.2.1.5.C ch c a ph n ng có s h tr c a siêu âm Hi n nay lý thuy t nhi t đ c dùng ph bi n đ giái thích ngu n g c, c ch c a ph n ng siêu âm: tác đ ng hóa h c c a sóng siêu âm sinh ra t s hình thành, l n lên và n v c a các b t bong bóng ch a khí và h i dung môi t o ra nhi t đ và áp su t cao thu n l i cho các ph n ng hóa h c di n ra. Tác đ ng c a sóng siêu âm đ i v i v i ph n ng hóa h c chia làm ba lo i: ph n ng đ ng th l ng - l ng, d th l ng - l ng và d th l ng - r n. Tùy thu c vào t ng lo i ph n ng, sóng siêu âm có c ch tác đ ng khác nhau và nh h ng đ n vùng di n ra ph n ng hóa h c.

Pha l ng đ ng th n

Tác d ng c a sóng siêu âm v i ph n ng hóa h c x y ra trong môi tr ng dung d ch c đ c nghiên c u nhi u trong nh ng n m g n đây. K.S.Suslick đã ch ng minh trong

115

môi tr ng l ng đ ng th , ph n ng hóa h c x y ra 3 vùng: pha khí trong lòng b t bong bóng (5200 K), vùng ti p xúc b m t b t bong bóng (1900 K) và pha l ng c a môi tr ng (300 K, b dày kho ng 250 nm, th i gian 2 s).

Hình 4.14: Dòng âm thanh trong bình ph n ng s d ng siêu âm d ng thanh Trong pha l ng đ ng th , giai đo n bong bóng phát tri n kích th c, khí hòa tan trong ch t l ng, các ch t phân c c và dung môi s đi vào bên trong bong bóng. S v n c a b t bong bóng d n đ n vi c t ng cao nhi t đ và áp su t, làm phân m nh các ch t này thành các g c ion ho t đ ng và x y ra các ph n ng hóa h c. Môi tr ng ch a nhi u ch t phân c c thì ph n ng càng hi u qu vì các ch t này d dàng đi vào trong lòng các b t khí.

Ngoài ra, s v n c a các bong bóng khí còn t o ra áp su t nh sóng nén tác đ ng vào môi tr ng ph n ng t o ra dòng ch y c a dung d ch l p đ y ch tr ng, t đó sinh ra m t l c kéo t kh i ch t l ng xung quanh bong bóng. L c kéo này có kh n ng b gãy các liên k t hóa h c c a các ch t hòa tan trong ch t l ng.

- L c kéo t môi tr ng l ng bao quang bong bóng - Nhi t đ : 300 K

H2O))) HO(k+)H

H2O (k)

.

.

Nhi t đ và áp su t r t cao trong lòng bong bóng (5200 K, 1000 bar) ...

Nhi t đ và áp su t trung bình vùng ti p xúc (250 nm, 1900 K)

Hình 4.15: nh h

ng c a sóng siêu âm đ n pha l ng đ ng th

Ph n ng h u c x y ra trong dung d ch n c, d i tác d ng c a sóng siêu âm n b phân h y và t o ra các g c ion HO. và H.. N u có m t c a phân t oxy thì H2O2 s đ t o thành.

H2O

)))

H. + .OH

c c

116

H. + .H

H2

.OH

H2O2

+ .OH

H. + O2

HO.2 + HO.2

HO.2

H2O2 + O2

Sau đó ph n ng oxy hóa kh ti p t c x y ra gi a các h p ch t h u c phân c c ái n c, g c HO. và H2O2 trong môi tr ng. Nhi u nghiên c u đã cho th y các h p ch t h u c trong dung d ch n c c ng có th b phân h y nhi t thành các g c ion d i tác d ng c a siêu âm ví d nh N2O, CCl4, C6H5Cl, metyl ter-butyl ete (MTBE), C6H6, toluen, tricloetylen,…ho c d u m thô thành acetylene.

Trong lòng b t bong bóng, ph n ng hóa h c x y ra gi a các g c ion. Các hi n t ng vùng ti p xúc v i b m t c a b t bong bóng nh phân h y nhi t các ch t tan, tr ng thái siêu t i h n c a n c, n ng đ c a g c .OH r t cao (4 mM) đã tác đ ng m nh đ n s t ng tác gi a các g c t do, n c tr ng thái siêu t i h n và ch t tan t o ph n ng hóa h c vùng này. Các g c t do ch a ph n ng hai vùng trên còn b khu ch tán vào trong môi tr ng ch t l ng đ có th tái k t h p v i nhau t o thành các peroxit ho c ph n ng v i các ch t tan c a dung d ch.

Pha l ng d th Trong pha l ng d th , các bong bóng khi sinh ra trên b m t ti p xúc pha b bi n d ng m nh. Lu ng ch t l ng truy n qua các bong bóng h ng t i b m t ti p xúc pha v i m t v n t c kho ng hàng tr m m/s. b m t ti p xúc pha l ng-l ng, s di chuy n m nh m này t o ra nh ng lu ng phun c a các h t ch t l ng l n nhau c a hai pha t o ra nh t ng (Hình 4.16: nh h ng c a sóng siêu âm đ n h hai pha l ng d th ).

Nh hóa

hai pha

Va đ p m nh t i b m t phân cách pha

Hình 4.16: nh h

ng c a sóng siêu âm đ n h hai pha l ng d th

Trong h nh t ng ph n ng hóa h c x y ra nhanh h n do b m t ti p xúc gi a hai pha đ c t ng đáng k . Các h t nh t ng này có kích th c càng nh thì càng b n.

Pha d th l ng – r n Tr ng h p b m t ti p xúc pha l ng-r n, s phát tri n c a các bong bóng và s va ch m c a các lu ng ch t l ng v i v n t c kho ng 400 km/gi [Error! Bookmark not efined.] trên b m t ch t r n đ c mô t Hình 4.17: nh h ng c a sóng siêu âm trong ch t l ng g n b m t r n.

117

Hình 4.17: nh h

ng c a sóng siêu âm trong ch t l ng

g nb m tr n

S va ch m m nh c a lu ng ch t l ng v i v n t c cao trên b m t ch t r n gây ra s xói mòn t i v trí va ch m và vùng xung quanh làm tách ra m t s các ph n t . Các ph n t h t này có b m t riêng l n h n nên ho t tính hóa h c cao h n b m t r n ban đ u. Khi b m t ch t r n b r sét, thì lu ng ch t l ng này s l y đi l p r sét, b m t r n đ c làm s ch nên có tính ho t đ ng cao. Ngoài ra tác d ng này còn làm cho b m t ch t r n b phá ho i, khuy t lõm và b d ch chuy n, do đó xu t hi n các kho ng tr ng là t ng ho t tính c a ph n ng. T ng c ng vi c chuy n ch t trên b m t ch t r n b ng s phá v l p phân cách pha k t h p v i s v n c a bong bóng đóng vai trò r t quan tr ng trong lãnh v c xúc tác và đi n hóa.

Trên b m t phân chia pha, n ng l ng sinh ra t s v n bong bóng làm cho các h t thô nhám b phân m nh, do đó di n tích b m t ti p xúc pha s t ng lên. i v i các h t nh m n, v n bong bóng t o ra dòng ch t l ng chuy n đ ng v i v n t c r t l n, va ch m và gây ra s mài mòn ma sát (Hình 4.18: nh h ng c a sóng siêu âm trong ch t l ng ch a các h t l l ng) Khí b b y ho t đ ng nh “nhân” t o bong bóng

H t r n b nóng ch y sau va ch m B m th t r n b mài mòn sau va ch m

H t r n b bao ph b m t

Hình 4.18: nh h

ng c a sóng siêu âm trong ch t l ng ch a các h t l l ng

Nghiên c u c a nhóm K.S. Suslick cho th y d i tác d ng c a sóng siêu âm, m t s b t kim lo i b nóng ch y t ng ph n. Ho t tính hóa h c cao c a ch t r n đ c quang hóa còn có th gi i thích b ng s chuy n ph n ng di n ra trên b m t ch t r n vào trong dung d ch. Ma sát hóa h c c ng góp ph n làm t ng ho t tính c a các ch t r n b quang hóa.

118

Kim lo i b nóng ch y

Kim lo i tr

c (160 m) và sau siêu âm (60 m)

Hình 4.19: S nóng ch y và n mòn c a kim lo i d

i tác d ng c a sóng siêu âm

4.2.1.6.C u t o và các lo i thi t b siêu âm H th ng thi t b siêu âm g m hai ph n chính: (i) b ph n t o ra ngu n dao đ ng có n ng l ng cao và (ii) môi tr ng mà âm thanh s đi qua (th ng là ch t l ng). Transducer là thi t b chuy n đ i n ng l ng c h c ho c đi n thành n ng l ng âm thanh t n s cao là thành ph n quan tr ng trong thi t b siêu âm. Có ba lo i transducer d a trên nguyên t c truy n đ ng c a khí, truy n đ ng c a ch t l ng và c đi n. c dùng nhi u trong phòng thí nghi m và trong s n xu t công nghi p là transducer d ng c đi n.

Hi n nay có 4 lo i thi t b siêu âm: whistle (transducer ho t đ ng theo c ch c h c), d ng b , d ng thanh và d ng c c-tù và (transducer ho t đ ng theo c ch c đi n). u và nh c đi m c a các thi t b trên đ c so sánh nh sau: Thi t b siêu âm Whistle D ng whistle có b ph n bi n âm ho t đ ng trên nguyên t c c h c đ c ng d ng nhi u trong lãnh v c đ ng hóa và t o nh t ng nh s n xu t n c ép trái cây, s t cà chua, mayonnaise….

Hình 4.20: Thi t b siêu âm whistle i u khác bi t c b n c a lo i whistle v i các lo i siêu âm d ng b n hay d ng thanh là ngu n n ng l ng đ c t o ra ngay trong môi tr ng ph n ng b ng cách dùng dao đi u khi n c ng đ dòng ch y ch t l ng. D ng thi t b này t o ra các h t nh t ng có kích th c r t nh so v i các thi t b siêu âm khác và có th thi t l p d ng on-line (quá trình ch y liên t c) v i th tích l n.

119

Thi t b siêu âm d ng b Thi t b g m m t b ch a làm b ng thép không r , transducer đ c k p ch t trên thành b . B siêu âm lo i nh thì transducer đ c l p đ t d ng đ n. V i các b siêu âm l n, nhi u transducer nh đ c ghép l i thành hàng ho c transducer d ng b n l n đ c l p đ t d i đáy b đ t o ra ngu n n ng l ng phù h p v i th tích ch t l ng có th ch a đ c trong b .

Hình 4.21: Các d ng thi t b siêu âm d ng b T n s và n ng l ng c a b ph thu c vào d ng và s l ng các transducer s d ng. t ng hi u qu c a ph n ng hóa h c khi s d ng b siêu âm, ng i ta th ng dung bình ph n ng đáy b ng và l p thêm h th ng khu y c h c trong bình ph n ng đ c bi t là đ i v i ph n ng h l ng – r n. Thi t b siêu âm d ng b có nhi u u đi m nh đ c s d ng ph bi n quy mô phòng thí nghi m, n ng l ng c a sóng gi m đi do ph i truy n nhi t qua thành bình ph n ng, có kh n ng tri n khai quy mô l n. M t s nh c đi m chính c a thi t b này nh không có nh ng tính n ng đi u ch nh đ c bi t cho các ph n ng hóa h c, n ng l ng th p h n so v i h th ng thanh siêu âm, t n s c đ nh, gi i đi u ch nh nhi t đ không phong phú, c ng đ c a sóng siêu âm tùy thu c vào v trí c a bình ph n ng trong b . Hi n nay, b siêu âm đ c thi t k chuyên d ng cho ph n ng hóa h c nh m kh c ph c ph n nào các nh c đi m trên.

Thi t b siêu âm d ng thanh M t s nh c đi m c a b siêu âm có th đ c kh c ph c b ng cách s d ng thi t b siêu âm d ng thanh mà thành ph n ch y u là thanh kim lo i (tù và âm thanh) đ c đ t vào trong h n h p ph n ng.

Hình 4.22: Thi t b siêu âm d ng thanh

120

Thanh này đ c đi u khi n b ng transducer và sóng siêu âm s đi vào h n h p ph n ng qua đ u thanh. C ng đ âm thanh, biên đ dao đ ng c a đ u thanh đ c đi u ch nh b ng n ng l ng đ u vào c a transducer. N ng l ng này đã đ c tính toán phù h p v i t ng lo i thanh siêu âm. Thi t b siêu âm hi n đ i s d ng lo i thanh siêu âm có th tháo ráp v i nhi u lo i đ u thanh có đ ng kính khác nhau. C ng nh b siêu âm, vi c duy trì nhi t đ trong h n h p ph n ng đ i v i thi t b siêu âm d ng thanh r t khó kh n. Có th gi i quy t m t cách t ng đ i v n đ này b ng cách s d ng ch c n ng pulse (nh p) c a thi t b qua m t thi t b đi u khi n th i gian g n li n v i b khu ch đ i mà có th c t (off) ho c n i (on) n ng l ng nhi u l n v i thanh siêu âm. Gi a nh ng nh p c a âm thanh, th i gian “off” cho phép h th ng ngu i đi t c h th ng thi t b đ c siêu âm tr ng thái gián đo n. Th i gian “on” là m t kho ng th i gian trong chu k c a âm thanh (kho ng 1s). N u cài đ t pulse 100% có ngh a là sóng siêu âm ho t đ ng liên t c, 50% thì c sau m i 0,5 s thì n ng l ng l i ng ng c p 0,5 s.

Thi t b siêu âm d ng thanh có u đi m v n ng l ng c a sóng cao do không ph i truy n nhi t qua thành bình ph n ng, siêu âm có th đ c đi u ch nh cho phù h p v i các m c n ng l ng khác nhau đ đ t đ c hi u qu t i u. Nh c đi m c a lo i thi t b này là t n s c đ nh, đi u ch nh nhi t đ khó kh n, các ch t có th b tách ra đ u b t, ho c có th x y ra hi n t ng đ u b t b xói mòn t o ra c n kim lo i.

Vi c thi t k thanh siêu âm là m t lãnh v c quan tr ng trong k thu t siêu âm vì nó ho t đ ng nh m t b ph n khu ch đ i dao đ ng c a transducer. Kích th c chính xác c a thanh siêu âm cho bi t đ khuy ch đ i c a dao đ ng và th ng đ c làm b ng h p kim c a titan. Có nhi u lo i thanh siêu âm v i hình d ng và h s khu ch đ i khác nhau.

a.Thanh siêu âm hình tr đ u

c.Thanh siêu âm hình nón nh n

b.Thanh siêu âm hình nón

d.Thanh siêu âm hình b c thang

Hình 4.23: Các d ng thanh siêu âm và h s khuy ch đ i Thi t b siêu âm d ng c c-tù và đ

Trong thi t b này thanh siêu âm không đ t tr c ti p vào h n h p ph n ng nên tránh c hi n t ng đ u thanh b mài mòn ho c phân m nh. Tuy t n s c a m i thi t b là c

121

đ nh nh ng n ng l ng đ u vào thì có th thay đ i. Xét v tính ng d ng trong các ph n ng hóa h c, thi t b siêu âm d ng c c-tù và có nh ng u đi m đ c tr ng nh đi u ch nh nhi t đ t t h n b siêu âm, ki m soát n ng l ng gi ng nh d ng thanh nh đ nh y kém h n, đ u b t kim lo i không b phân m nh và m t s h n ch nh n ng l ng th p h n so v i d ng thanh, th tích bình ph n ng b gi i h n, t n s c đ nh. Trong công nghi p, ng i ta s d ng thi t b siêu âm dòng liên t c đ t ng hi u qu và rút ng n th i gian.

Hình 4.24: Thi t b siêu âm d ng c c-tù và

Hình 4.25: Thi t b siêu âm dòng liên t c 4.2.1.7. ng d ng c a thi t b siêu âm trong công nghi p Siêu âm đ c s d ng trong nhi u lãnh v c công nghi p và nghiên c u nh th c ph m, c khí, đi n, hóa ch t, y khoa,…. Trong công nghi p th c ph m thi t b siêu âm đ c s d ng trong quá trình khu y tr n, đ ng hóa, phân h y, chi t tách, ch bi n th t, t o h nh t ng trong s n xu t s a,… di t khu n, phát hi n rò r gas trong ngành s n xu t n c gi i khát. quy mô t phòng thí nghi m đ n s n xu t công nghi p, siêu âm s d ng r ng rãi trong quá trình làm s ch c a các ngành hàn kim lo i, nh a, khoan c t kim lo i, kh b t khí trong công nghi p khai khoáng, d u khí, d t nhu m, s n xu t gi y tái sinh, phát hi n dò tìm rò r nhi t, h i, khí, chu n đoán y khoa, …

Nh ng nghiên c u m i đã cho th y kh n ng s d ng sóng siêu âm làm ch t d n truy n thu c hi u qu trong đi u tr . Rung đ ng c a sóng âm s gi i phóng thu c kh i viên nang nh y c m và d b phá h y b i nhi t đ . Các vi b t t o thành mang thu c (A) đ n vùng mô c n ch a tr và gi i phóng thu c khi b v n (B). Ph ng pháp này có th ki m soát đ c th i gian và khu trú chính xác vùng c n đi u tr , gi m thi u tác d ng ph cho các vùng mô kh e m nh.

122

Hình 4.26: Sóng siêu âm đ

c s d ng làm ch t d n truy n thu c

Hình 4.27: Nguyên t c và thi t b b siêu âm làm s ch Sóng siêu âm còn đ c s d ng r t hi u qu đ làm s ch ch t b m bám vào phía trong bình nuôi t o d ng photoreactor. Sóng âm đ c phát ra đ u phát sóng ép sát b m t ngoài bình làm r i các ch t c n b n bám thành trong bình. H th ng đ u phát sóng đ c di chuy n d c theo chi u dài m i bình và t bình này sang bình khác. M t khác sóng siêu còn các tác d ng x lý n c th i, làm s ch rong rêu ngu n n c ao h kênh r ch

Hình 4.28: Thi t b siêu âm làm s ch bình photoreactor nuôi vi t o và làm s ch n

c

Chi t tách: S v n bong bóng d i tác d ng c a siêu âm t n s cao t o ra các đi m có nhi t đ (kho ng 5000 K) và áp su t (2000 atm) cao và m t l c đ y ph n l c c a ch t l ng (có th đ t v n t c 280 m/s) làm phá v các vách t bào, t ng quá trình chuy n kh i d n đ n các h p ch t n i bào đ c chi t xu t hoàn toàn và nhanh chóng. ng d ng này trong công nghi p đ chi t xu t tinh d u t các lo i th o d c, caffein t café, chi t xu t enzym và protein, chi t d u t o đ s n xu t biodiesel.

T ng h p v t li u nano

123

V t li u kích th c nano (1 ÷ 100 nm) có nhi u tính ch t đ c tr ng nh b m tt riêng l n, d n nhi t và d n đi n t t, tính kéo dãn và đ b n kéo cao, có tính quang h c và t tính do đó đ c s d ng trong nhi u lãnh v c nh xúc tác, chuy n hóa n ng l ng m t tr i, m ph m, d c, xi m , x lý môi tr ng,… Elsupikhe (2015) đã s d ng h tr siêu âm t ng h p nano b c (AgNPs) t t o bi n (RH) nhi t đ phòng đ t đ c h t nano Ag có đ tinh khi t cao, kích th c h t khá đ ng nh t (4,21 nm).

nH2O

SA

H+ + OH-

OH- + RH

AgNO3 R + Ag+

R + H2O H2O

H+ + Ag+ + Ag + H2O

+

-

Ag + NO 3 R' + H+ + Ag

Ag + Ag + H + OH

Hình 4.29: T ng h p nano Ag b ng ph

ng pháp siêu âm

T ng h p h u c i v i các ph n làm t ng hi u su t và đ làm t ng đ tinh khi t c ho c pha r n-khí. Ví d hi u su t 76 %.

ng t ng h p h u c , sóng siêu âm rút ng n th i gian ph n ng, ch n l c c a ph n ng, có th làm thay đ i h ng c a ph n ng, a s n ph m, t ng quá trình chuy n kh i trong ph n ng pha l ng ph n ng alkyl hóa khi có sóng siêu âm t o thành benzyl cyanid

124

CH2Br +

((( )))

CH2CN

+ KCN + Al2O3 H2C

Sóng siêu âm có tác d ng làm t ng hi u su t ph n ng. Ví d hi u su t ph n ng Grignard và Simmons Smith có h tr sóng siêu âm đ t 91 % không c n s d ng CH2I2 so v i đi u ki n th ng hi u su t 51 % và ph i s d ng CH2I2.

(H2C)7H3C K t tinh

(CH2)7CH3

+ CH2I2

Zn

(H2C)7H3C

(CH2)7CH3

S v n bong bóng và dòng sóng siêu âm nh h ng đ n quá trình k t tinh qua s t o thành các m m k t tinh. K t tinh b ng sóng âm ki m soát đ c s phát tri n c a tinh th , ki m soát đ c hình thái và s phân ph i kích th c tinh th , t ng đ tinh khi t c a tinh th , c i thi n đ c vi c tách pha l ng r n trong quá trình k t tinh, h n ch thêm m m tinh th , …

Hình 4.30: K t tinh b ng k thu t siêu âm cho tinh th đ u v hình dáng và kích th

c

125

Hình 4.31: K t tinh curcumin trong tr 4.2.2. Ph

ng h p không có (a-c) và có h tr siêu âm (d-f)

ng pháp vi sóng

Percy Le Baron Spencer s d ng k thu t vi sóng l n đ u tiên vào n m 1946 và thi t k lò vi sóng gia đình l n đ u tiên vào n m 1947. Vào nh ng n m 1970 – 1980, vi sóng ch y u đ c ng d ng trong k thu t s y hay phân tích hàm l ng m, tro và tách chi t. K thu t vi sóng đ c áp d ng cho hóa vô c t nh ng n m 1970 cho đ n cu i nh ng n m 1980 m i đ c tri n khai cho các ph n ng t ng h p h u c . N m 1986, l n đ u tiên các nhà khoa h c R. Gedye, G. Majetich, R.Giguere đã khám phá vi sóng h tr cho các ph n ng t ng h p h u c nhanh h n hàng tr m l n so v i ph ng pháp khu y nhi t. n nh ng n m 1990, lò vi sóng đ c th ng m i hóa làm t ng kh n ng ng d ng c a nó trong nghiên c u hóa h u c và k thu t t ng h p không dung môi c ng có nh ng b c phát tri n m i. M c dù nghiên c u lý thuy t v vi sóng ch a th t đ y đ nh ng nh ng u đi m n i tr i c a k thu t này đ i v i hóa h c là nguyên nhân chính làm t ng đáng k s l ng các bài báo nghiên c u v ng d ng vi sóng trong hóa h c trong nh ng n m qua. Các nghiên c u đ u cho th y so v i k thu t gia nhi t truy n th ng, vi sóng có kh n ng rút ng n th i gian ph n ng, t ng đ ch n l c và đ tinh khi t c a s n ph m, gi m l ng dung môi c n s d ng ho c s d ng môi tr ng n c ho c không dung môi, đ c bi t là an toàn h n.

Các ph n ng h u c th ng đ c gia nhi t b ng cách đun nóng trong b n c, d u ho c cát hay trong các jacket. Nh c đi m c a k thu t này là t c gia nhi t ch m, d x y ra hi n t ng gia nhi t c c b nh h ng đ n s t o thành, phân h y s n ph m, tác ch t ho c các s n ph m ph c a ph n ng. Ng c l i n ng l ng c a vi sóng truy n qua bình ph n ng gia nhi t nhanh chóng đ ng th i tác ch t, dung môi và c bình ph n ng do đó ph n ng ít s n ph m ph hay b phân h y s n ph m.

126

Hình 4. 32. S l 4.2.2.1.

ic

ng các bài báo công b v

ng d ng vi sóng trong k thu t hóa h c

ng v vi sóng

Vi sóng là sóng đi n t có d i t n s 30GHz - 300MHz và b c sóng t 1cm đ n 1m.

Thi t b vi sóng gia đình và nghiên c u trong phòng thí nghi m có t n s 2,45 GHz và b c sóng 12,2 cm.

Hình 4. 33. D i ph đi n t Vi sóng đ

c đ c tr ng b i:

-

T n s f: đ n v Hert (Hz = s vòng/s) là s chu kì c a sóng đi n t trong m t giây.

-

V n t c: c ≈ 300.000 km/giây g n b ng v n t c ánh sáng.

-

dài b c sóng λ (cm): đo n đ t n s theo công th c: λ = c/f.

-

N ng l

ng đi c a vi sóng trong m t chu kì, liên h v i

ng c a vi sóng: E = h.f ≈ 10-3 eV.

N ng l ng c a vi sóng r t th p (0,037 kmol), không đ đ b gãy các liên k t phân t (80-120 kcal/mol) đ t o ra ph n ng hóa h c. Do đó tác d ng vi sóng không nh h ng đ n c u trúc c a phân t h u c .

Có 3 d ng t

ng tác c a vi sóng v i v t li u:

127

-

Các ch t d n đi n nh không khí, kính th ch anh và g m s khô: Vi sóng truy n qua các ch t này hoàn toàn cho do đó không có tác d ng gia nhi t.

-

Các ch t cách đi n nh kim lo i ho c than chì: Vi sóng ph n x hoàn toàn khi va ch m vào các ch t này do đó c ng không có tác d ng gia nhi t.

-

Các ch t h p th nh th c ph m, g t i, g m s m, n c, dung môi h u c , … có th h p th n ng l ng vi sóng và chuy n đ i nó thành nhi t.

Hình 4. 34. Ba d ng t

ng tác c a vi sóng

Vi sóng có hai ph n t tr ng và đi n tr ng. Vi sóng truy n qua v t ch t t ng t nh sóng ánh sáng. Nó h p thu b i các ch t đi n môi và có th truy n qua các ch t khác nh n c, cacbon, th c ph m có hàm l ng n c cao. Vi sóng b ph n x b i kim lo i và h p thu r t ít b i các lo i g m s , th y tinh th ch anh và nh a nhi t d o.

- : Thành ph n sóng đi n tr - H: Thành ph n sóng t tr

ng ng

- c: v n t c vi sóng :b

-

Hình 4. 35. Thành ph n t tr

ng và đi n tr

c sóng

ng c a vi sóng

Do c ch đun nóng t bên trong nên nhi t đ c cung c p cho môi tr ng ph n ng b ng vi sóng đ ng nh t và cao h n h n so v i b ng ph ng pháp đun nóng t bên ngoài theo ph ng pháp thông th ng.

un nóng truy n th ng

un nóng b ng vi sóng

Hình 4. 36. S khác nhau gi a đun nóng truy n th ng và đun nóng b ng vi sóng

128

Th i gian ph n ng đ c rút ng n v i đ ch n l c cao, thân thi n v i môi tr ng và kh n ng phát tri n k thu t ph n ng không dung môi là nh ng lý do chính mà ng d ng vi sóng trong t ng h p h u c ngày càng đ c các nhà khoa h c quan tâm nghiên c u.

M t trong nh ng u đi m c a vi sóng là t c đ gia nhi t r t nhanh. S truy n n ng l ng c a vi sóng gián đo n v i th i gian 10-9 giây. N ng l ng đó n u m t phân t h p thu đ c thì ph i m t 10-5 giây đ có th đ a v tr ng thái bình th ng. Nh v y, n ng l ng đ c cung c p v i t c đ l n h n t c đ gi i phóng s t o m t tr ng thái không cân b ng v n ng l ng, k t qu là nhi t đ t ng lên nhanh chóng thúc đ y ph n ng hóa h c di n ra. Th i gian t n t i c a ph c ch t ho t đ ng th ng ng n h n 10-9 giây do đó không b nh h ng đ n c ch ph n ng. Nh ng ch t trung gian có th i gian t n t i l n h n 10-9 giây s h p thu vi sóng và chuy n sang giai đo n t o ra s n ph m do đó s d ng vi sóng còn có th làm thay đ i thành ph n hoá h c c a các s n ph m t o thành.

4.2.2.2.C ch gia nhi t c a vi sóng y ban K thu t i n Qu c t (IEC - International Electrotechnical Commission) đ nh ngh a gia nhi t vi sóng là đ t nóng ch t đi n môi thông qua ch y u là s chuy n đ ng các phân t hay đ d n đi n các ion c a v t li u do tác đ ng c a sóng đi n t 300MHz đ n 300GHz. Tác d ng gia nhi t c a vi sóng do thành ph n đi n tr ng t o ra. N u môi tr ng có các ch t t tính nh các oxid kim lo i chuy n ti p, các h t nano...thì thành ph n t tr ng c ng có nh h ng nh t đ nh. Hi n nay c ch gia nhi t c a vi sóng v n ch a có lý thuy t rõ ràng nh ng c ch gia nhi t do t ng tác l ng c c và đ d n c a các ion đ c ch p nh n ph bi n.

T ng tác l ng c c: B n ch t c a đi n tr ng là có h ng. Các phân t phân c c (n c, aceton, etanol, anilin, …) khi có m t c a đi n tr ng s s p x p các đ u c c theo h ng c a đi n tr ng. M t khác d i tác d ng dao đ ng c a tr ng đi n t , các phân t c ng dao đ ng và va ch m ng u nhiên vào nhau, ma sát sinh ra nhi t.

Hình 4. 37. Các phân t có c c s p x p theo h

ng c a đi n tr

ng

Khi t n s th p nh sóng radio, đi n tr ng ch đ tác d ng cho các phân t có c c s p x p h ng c a đi n tr ng, l c t ng tác trong n i phân t l n h n l c tác đ ng do dao đ ng c a tr ng đi n t nên các phân t không có chuy n đ ng quay, va ch m ng u nhiên do đó không sinh ra nhi t. Ng c l i, n u đi n tr ng có t n s cao, h ng c a đi n tr ng thay đ i r t nhanh do đó các c c c a phân t không k p s p x p đ nh h ng do đó không x y ra t ng tác ng u nhiên gi a các phân t c nh nhau nên nhi t c ng không đ c t o thành. D i tác d ng c a đi n tr ng có t n s trung bình t 0,3 - 30 GHz nh microwave thì c c c a các phân t m i đ th i gian đ s p x p theo h ng đi n tr ng và có chuy n đ ng quay do dao đ ng tr ng đi n t . Ngoài ra, l c t ng tác trong n i phân t l i c n tr s quay c a phân t làm cho các phân t chuy n đ ng ng u nhiên, va ch m, ma sát và t o ra nhi t.

129

i n tr

i n tr

ng f th p

i n tr

ng f cao

Hình 4. 38. Dao đ ng c a các phân t có c c d

ng f trung bình (vi sóng)

i tác d ng c a vi sóng

Tính d n đi n c a các ion: Khi các ion d i tác d ng c a đi n tr ng sinh ra dòng đi n c m ng trong môi tr ng. Dòng đi n này kháng tr v i dao đ ng c a n i phân t làm gi m đ ma sát và sinh ra nhi t. C ng đ c a nhi t này ph thu c vào kích th c, đi n tích và đ d n đi n c a các ion, kh n ng chuy n đ i n ng l ng đ ng h c thành nhi t đun nóng. i v i m u có tính d n đi n cao (đi n ly m nh) d i tác d ng c a vi sóng t n s 2,45GHz, s phân c c hoàn toàn có th đ t đ c trong kho ng 10-18 giây. N ng l ng vi sóng h u h t b ph n x và không thâm nh p qua đ c b m t c a v t li u n u m u chi u x là ch t d n đi n m nh nh kim lo i do đó không có tác d ng gia nhi t. un n c trong lò vi sóng đ c gi i thích b ng c ch phân c c có t c đ th p h n r t nhi u so v i đun n c mu i b i vì tác d ng gia nhi t lúc này do nh h ng c a c hai c ch .

Hình 4. 39. Tính d n đi n ion d

i tác d ng c a vi sóng

Ví d đ t 2 m u n c đã ch ng c t và n c máy vào trong m t lò microwave lo i sóng đ n (150 W) v i cùng m t th i gian và nhi t đ . Sau 30 phút, nhi t đ cu i cùng c a m u n c máy cao h n nhi t đ c a m u n c đã ch ng c t. ó là vì trong n c máy có nhi u ion mang đi n h n trong n c ch ng c t.

Hình 4. 40. Nhi t đ c a n

c đã ch ng c t và n

c máy d

i tác d ng c a vi sóng

Vi sóng có tác d ng gia nhi t t t đ i v i các phân t phân c c không đ i x ng ho c các nhóm phân c c c a h p ch t h u c nh -OH, -NH2, -COOOH….Các phân t càng

130

phân c c thì càng d b đun nóng. N c có đ phân c c l n nên là dung môi lý t ng cho các ph n ng đ c s h tr b i vi sóng. Các ch t ít phân c c hay các h p ch t không có moment l ng c c thì không ch u tác d ng c a vi sóng. Vi sóng thúc đ y ph n ng hóa h c thông qua quá trình truy n nhi t và gia t ng s ti p xúc gi a các ch t tham gia ph n ng.

Hình 4. 41. Gia nhi t b ng vi sóng v i các dung môi khác nhau B ng 4. 3. nh h Dung môi N c Metanol Etanol 1-propanol 1-pentanol 1-hexanol 1-clobutan 1-bromobutan

ng c a tính phân c c đ n kh n ng gia nhi t c a vi sóng

Nhi t đ sôi (oC) i u ki n i u ki n vi sóng th ng 81 100 65 65 78 78 97 97 106 137 92 158 76 78 95 101

Dung môi Acid acetic Etyl aceat Cloroform Aceton Dietyl eter Hexan Heptan Tetracloro-cacbon

Nhi t đ i u ki n vi sóng 110 73 49 56 32 25 26 28

sôi (oC) i u ki n th ng 119 77 61 56 35 68 98 77

Không khí và n c đá thì không b đun nóng b i vi sóng b i vì các phân t khí quá xa nhau nên không th va ch m và ma sát vào nhau đ t o ra nhi t còn các phân t n c thì b gi ch t trong các m ng tinh th n c đá nên không th chuy n đ ng t do nh tr ng thái l ng.

Kh n ng c a m t ch t chuy n n ng l ng c a vi sóng sang nhi t n ng đ và t n s xác đ nh đ c th hi n qua h s tan (loss tangent):

tan = -

" '

: đ gi m đi n môi đo kh n ng h p thu n ng l nhi t ’ : h ng s đi n môi ”

m t nhi t

ng c a vi sóng chuy n thành

, ’ ph thu c vào nhi u y u t nh nhi t đ , t n s c a vi sóng, tr ng thái v t lý và thành ph n c a h n h p ph n ng. m i đi u ki n xác đ nh v nhi t đ và t n s , m i ch t có m t h s tan đ c tr ng. tan là c s cho vi c ch n l a dung môi và tác ch t phù h p cho các ph n ng hóa h c có s h tr c a vi sóng. tan càng cao, kh n ng h p thu nhi t vi sóng càng hi u qu , t c đ gia nhi t cho ph n ng càng nhanh. ”

131

B ng 4. 4. Tan c a m t s dung môi Dung môi

tan

20 oC và 2,45 GHz

Dung môi

tan

Etylen glycol

1,350

DMF

0,161

Metanol

0,659

N

0,123

Etanol

0,941

Toluen

4.2.2.3.Hi u t

c

0,040

ng siêu nhi t (superheating) c a vi sóng

B c x vi sóng có th đ a nhi t đ c a dung môi phân c c cao h n t 13 - 26 ° C so v i nhi t đ sôi c a dung môi đi u ki n th ng. Hi n t ng này g i là “quá nhi t hay siêu nhi t”. Nhi t đ sôi cao này có th đ c duy trì trong các dung môi tinh khi t trong su t th i gian có b c x vi sóng. Các ch t ho c ion có m t trong dung môi s tr giúp t o thành các “nhân sôi” (boiling nucleuses) rút ng n th i gian gia nhi t đ ng đ u. Hi n t ng này đ y nhanh t c đ và làm t ng hi u qu c a ph n ng.

4.2.2.4.T c đ c a ph n ng hóa h c s d ng b c x vi sóng Vi sóng đ c ng d ng nhi u trong các ph n ng t ng h p h u c , hóa vô c , d c, th c ph m và polyme. M t trong nh ng u đi m quan tr ng nh t c a vi sóng là làm rút ng n m t cách đáng k th i gian ph n ng. Ngoài ra, vi sóng còn đ c s d ng trong lãnh v c phân tích nh xác đ nh hàm l ng tro, hàm l ng m, h tr quá trình tách chi t, làm khô, th y phân protein,…

Nhi u nghiên c u đ c công b nh m gi i thích nguyên nhân th i gian ph n ng hóa h c đ c rút ng n do vi sóng. Tuy nhiên cho đ n nay, v n đ này c ng còn nhi u tranh cãi.

Nhìn chung các gi i thích đ u t p trung vào nh h ng nhi t c a vi sóng đ i v i ph n ng qua ph ng trình Arrhenius. H ng s t c đ ph n ng K ph thu c vào h s A đ c tr ng cho s l n va ch m hay chuy n đ ng c a các phân t và ph thu c vào t n s dao đ ng c a các phân t và n ng l ng ho t hóa c a ph n ng Ea.

K = Ae

-E a RT

a s các tác gi cho r ng vi sóng không nh h ng đ n n ng l ng ho t hóa c a ph n ng mà ch nh h ng đ n nhi t đ c a ph n ng (T). N ng l ng c a vi sóng làm cho t ng nhi t đ t c th i c a h làm cho các phân t dao đ ng nhi u h n. S l n va ch m m nh c a các phân t t ng lên d n đ n t c đ c a ph n ng t ng. Tuy nhiên, vi c đo l ng chính xác s thay đ i nhi t đ đ i v i các ph n ng t ng h p h u c trong tr ng h p có s h tr c a vi sóng v n ch a đ c nghiên c u.

T c đ t ng c a ph n ng trong pha l ng đ ng th do tác d ng c a vi sóng đ c gi i thích là do s t ng nhi t c a dung môi. Ví d khi đun nóng b ng ph ng pháp truy n th ng dung môi nh n c sôi 100 oC. V i thi t b vi sóng công su t 500W, ch sau 1 phút ph n ng trong dung môi n c có th di n ra 110 oC. S t ng nhi t c a dung môi làm cho ph n ng đ c th c hi n nhi t đ cao h n và k t qu làm t ng t c đ c a ph n ng.

Ng i ta nh n th y vi sóng còn có tác d ng thúc đ y t c đ c a ph n ng xúc tác r n và nhi t đ cao c c b trên b m t xúc tác. i u này đ c gi i thích do nhi t đ c c b trên b m t xúc tác t ng làm t ng h at tính c a xúc tác do đó t c đ ph n ng t ng. K t qu th c nghi m cho th y các ph n ng th y phân, ester ho c oxy hóa xúc tác r n d th x y ra d i s h tr c a vi sóng có t c đ cao h n so v i ph ng pháp đun nhi t thông th ng.

132

4.2.2.5.C u t o và các lo i thi t b vi sóng Vi sóng đ c sinh ra t b ngu n ng đi n t (magnetron) đ c d n theo ng d n sóng vào ng n n u, ph n x qua l i gi a các b c t ng c a ng n n u sau đó b h p th b i các ch t. Ng n n u là m t l ng kim lo i ho c có l i kim lo i bao quanh đ m b o cho sóng không l t ra ngoài. C a lò th ng làm b ng kính có l i kim lo i ch n bên trong. Các l trên l i này có kích th c nh h n nhi u so v i b c sóng (12cm) nên sóng không th l t ra. Tuy nhiên ánh sáng l i có b c sóng ng n h n nhi u do đó ng i ta có th quan sát đ c bên trong khi lò ho t đ ng.

Có hai lo i lò vi sóng: đ n th c và đa th c. Thi t b vi sóng đ n th c th ng nh và ch có duy nh t m t cách truy n do đó hình thành tr ng thái sóng d ng do giao thoa c a sóng có tr ng thái gi ng nhau nh ng khác nhau v h ng dao đ ng. i u này t o ra m t dãy các đi m nút mà t i đó n ng l ng c a vi sóng b ng không và m t dãy các vùng có n ng l ng vi sóng cao nh t. i u quan tr ng là kh ang cách t b ngu n phát sóng đ n m u ph i phù h p đ đ m b o m u đ c đ t v trí có vùng n ng l ng cao nh t do vi sóng đ c chi u th ng h i t vào m u ph n ng nh m t ng d n sóng làm cho m t đ n ng l ng t p trung cao. u đi m c a thi t b này t c đ gia nhi t nhanh nh ng ch s d ng đ c cho m t bình ph n ng.

9 1

6 800 Kw 7 8

Time Start

2 3 4 5

Hình 4. 42: C u t o chung c a vi sóng 1. C a lò 4. Nút ch nh th i gian 7. Bình ph n ng

2. Nút ch nh công su t 5. Nút kh i đ ng 8. Phích ngu n

3. B ph n b c x sóng 6. Sóng 9. èn

Hình 4. 43: Tr ng thái sóng d ng c a lò vi sóng đ n th c

133

Hình 4. 44: Thi t b vi sóng đ n th c Các thí nghi m t ng h p h u c có s h tr c a vi sóng th ng đ c th c hi n v i kh i l ng m u nh h n 1g ho c th tích 1-5 ml đ c th c hi n trong lò đ n th c. Hi n nay đã xu t hi n các lo i lò vi sóng d ng dòng ho c d ng các bình ph n ng l p song song áp su t th ng ho c áp su t cao.

Hình 4. 45: Mô hình thi t b vi sóng d ng song song và liên t c Lò vi sóng đa th c có khoang l n, n ng l ng vi sóng đ c truy n nhi u ki u nh ng không đ ng đ u t o ra nh ng đi m nóng và l nh trong lò. Lò vi sóng ki n này th ng đ c l p thêm qu t ho c van đ o chi u ho c quay đ sóng t a r ng kh p lò. Tr c khi th c hi n ph n ng trong lò c n ph i dò tìm v trí n i b c x đ c t p trung nhi u nh t.

Hình 4. 46: H

ng truy n c a vi sóng trong lò đa th c

134

Trong công nghi p h th ng vi sóng đang đ

c s d ng trong các lãnh v c nh :

-

X lý nhi t (food tempering) làm t ng đ b n l u tr c a th c ph m (th t, cá, trái cây,…)

-

Gia nhi t (pre-heating) latex tr c giai đo n l u hóa vì t c đ gia nhi t nhanh và đ ng đ u do đó hi u qu c a quá trình l u hóa t ng, th i gian l u hóa gi m

-

Làm khô c a các s n ph m nh b m t gi y ph , d t, g m s , da, v i, th c ph m, … áp su t th ng, n c ép trái cây, thu c lá, thu c (d c ph m) áp su t chân không.

-

Di t khu n và kh trùng trong d

c ph m, m ph m, n

c th i, h b i,

Hình 4. 47: H th ng vi sóng th i ph ng snack trong th c ph m

Hình 4. 48: H th ng vi sóng gia nhi t tr

c giai đo n l u hóa cao su

Hình 4. 49: H th ng vi sóng s y khô thu c lá

135

4.2.2.6.Nh ng h n ch c a lò vi sóng s d ng cho ph n ng hóa h c Trong h n 20 n m qua, k thu t ph n ng có s h tr c a vi sóng đã đ c s d ng r t nhi u vi c nghiên c u t ng h p h u c và hóa d c. Tuy nhiên n n t ng lý thuy t và th c nghi m v nguyên lý ho t đ ng c a vi sóng c ng ch a đ c nghiên c u đ y đ .

Vi c s d ng vi sóng h tr cho các ph n ng hóa h c c ng còn m t s nh ng h n ch nh sau: -

Quy mô thí nghi m nh , th tích ph n ng t i đa trong phòng thí nghi m kho ng 1 lít nên không th tri n khai s n xu t d ng công nghi p.

-

i v i vi c ch ng c t tinh d u: Cho hi u su t th p đ i v i m t s lo i tinh d u mà thành ph n hydrocacbon kém phân c c. Khi th c hi n ch ng c t không thêm n c ho c n c ph i đ c thêm vào c đ nh, khi n c h t nguyên li u s b cháy khét làm cho tinh d u m t mùi t nhiên, gi m ch t l ng và hi u su t.

-

D ng c s d ng đ a vào lò vi sóng ph i làm t nh ng ch t không ch u s tác d ng c a vi sóng nh th y tinh, g m s ...

4.2.2.7. ng d ng c a vi sóng trong hóa h c Chi t tách các h p ch t h u c : Ph ng pháp chi t l ng-l ng ho c l ng-r n b ng dung môi truy n th ng đ c s d ng r ng rãi trong các quá trình nh tách chi t các h p ch t thiên nhiên t ngu n th c v t, làm s ch các h p ch t trong m u l ng ho c r n và là giai đo n quan tr ng đ u tiên x lý m u c a hóa phân tích đ nh l ng hay đ nh tính. Ph ng pháp này th ng đòi h i nhi u th i gian, s d ng m t l ng l n dung môi h u c ph n l n có ngu n g c t d u m do đó chi phí cao, gây ô nhi m môi tr ng ho c t n kém n ng l ng đ thu h i dung môi, nh h ng đ n s c kh e c a ng i tr c ti p s d ng. S d ng vi sóng h tr cho tách chi t đ c Ganzler và c ng s nghiên c u l n đ u tiên vào n m 1986. Chi t tách b ng vi sóng đ c xem là gi i pháp đ n gi n, nhanh, đ t n kém dung môi ho c không s d ng dung môi, có tính ch n l c và hi u qu chi t cao. Do đó trong 10 n m g n đây, ph ng pháp này r t phát tri n trong lãnh v c hóa phân tích đ c bi t là phân tích các đ c ch t môi tr ng vì thi t b vi sóng v i quy mô nh c a phòng thí nghi m thì d dàng tri n khai, l p đ t, chi phí không cao, nâng cao đ chính xác c a k t qu phân tích vì hi u su t chi t cao. Các nghiên c u cho th y b c x vi sóng không nh h ng đ n thành ph n hóa h c hay c u trúc c a các h p ch t đ c chi t tách.

Thi t b vi sóng dùng đ chi t có 2 lo i. H th ng hoàn l u c a bình chi t m thông v i môi tr ng, quá trình chi t đ c th c hi n môi tr ng khí quy n, nhi t đ chi t cao nh t b ng v i nhi t đ sôi c a dung môi. Ph ng pháp này an toàn h n và có th tri n khai quy mô công nghi p. 2002, Brachet đã t i u hóa quá trình chi t tách cocain và benzoylecgonin t lá cocain s d ng thi t b vi sóng h m . Hi u su t chi t t ng đ ng v i ph ng pháp truy n th ng ch sau 30 giây v i dung môi metanol và công su t lò 125 W. Khi h th ng hoàn l u c a bình chi t đóng kín, quá trình chi t đ c th c hi n trong đi u ki n nhi t đ cao và áp su t nên đ c s d ng đ phá m u, acid hóa khoáng s n hay quá trình chi t đòi h i đi u ki n nhi t đ và áp su t cao. Thi t b này có t c đ chi t r t nhanh, hi u su t chi t cao nh ng khá nguy hi m, d gây cháy n n u thi t b không đ c đ m b o an toàn. Ph ng pháp này đ c Ganzler áp d ng l n đ u tiên đ chi t các pyrimidin glycosid đ c ra kh i h t dâu t m nâng cao giá tr dinh d ng c a h t d u t m.

136

Ganzler c ng chi t tách các gossypol đ c kh i h t bông v i, hi u su t cao g p 3 l n trong 30 giây so v i ph ng pháp chi t Soxhlet truy n th ng trong 4 gi .

Hình 4. 50. S đ và thi t b chi t b ng vi sóng trong phòng thí nghi m và công nghi p Các lo i gia v và th o d c đ c s d ng nhi u trong th c ph m, h ng li u và d c ph m đ c bi t là trong y h c c truy n ch a tr các b nh nh c m l nh thông th ng, b nh ti u đ ng, ho và b nh ung th ….g n đây là trong các th c ph m ch c n ng (funtional medicine). Các phenol th m nh acid phenolic, stilben, tannin , lignan và lignin có đ c bi t ph bi n trong lá, cánh hoa và các b ph n thân g nh thân cây và v cây có kh n ng kháng oxid hóa và t o thành các h p ch t c kim d vòng. Vi sóng c ng đ c áp d ng đ chi t các phenol v i th i gian đ c rút ng n đáng k , s d ng ít dung môi, hi u su t chi t cao, s n ph m tinh khi t h n v i chi phí th p. Nghiên c u c a Monica Gallo cho th y chi t b ng vi sóng thì hi u qu h n b ng siêu âm. Ngoài ra chi t vi sóng còn áp d ng đ tách các ch t béo trong th c ph m nh th t, s a, pho mai an toàn, ít dung môi, th i gian ng n, chi phí th p. V i s n xu t biodiesel t nguyên li u sinh kh i nh t o, jatropha, …, b c x vi sóng r t hi u qu trong c giai đo n chi t tách d u t sinh kh i cho đ n giai đo n ph n ng, tách pha và làm không s n ph m.

Hi u qu chi t cao trong th i gian ng n c a các h p ch t b ng dung môi t ngu n th c v t b ng b c x vi sóng đ c gi i thích là do sóng đi n t có tác d ng làm cho s truy n nhi t và chuy n kh i di n ra theo cùng m t h ng. Trong ph ng pháp chi t c đi n, chuy n kh i di n ra theo chi u t trong ra ngoài và truy n nhi t l i di n ra t ngoài vào trong lòng nguyên li u. Trong quá trình chi t, t c đ thu h i c a các ch t chi t xu t không ph i là hàm tuy n tính theo c a th i gian. N ng đ c a ch t tan trong nguyên li u r n luôn thay đ i, không n đ nh do đó trong th i gian các chi t xu t trong ch t r n t ng tác c a v i dung môi liên t c x y ra các hi n t ng nh dung môi th m th u vào ch t r n b ng s khu ch tán, hòa tan hay b gãy liên k t, v n chuy n các ch t chi t xu t ra kh i ch t r n, các chi t xu t khu ch tán t b m t bên ngoài c a ch t r n vào trong dung d ch có n ng đ ch t chi t xu t l n h n, ch t chi t xu t di chuy n v ch t r n, tách h n ch t chi t xu t ra kh i ch t r n.

137

Hình 4. 51. So sánh c ch tách chi t truy n th ng và tách chi t có s h tr c a vi sóng T i u hóa các đi u ki n chi t s d ng vi sóng đã đ c nghiên c u trong nhi u ng d ng. Các thông s quan tr ng nh h ng đ n hi u su t chi t nh thành ph n dung môi, t l dung môi v i nguyên li u đ u vào, nhi t đ và th i gian b c x vi sóng ho t đ ng, công su t vi sóng, di n tích b m t ti p xúc, hàm l ng n c và khu y tr n.

Ph n ng không dung môi: Hóa h c xanh phát tri n xu h ng nghiên c u các ph n ng t ng h p h u c không s d ng dung môi đ gi m ch t th i nguy h i cho môi tr ng. Vi sóng h tr t t cho các ph n ng c a h n h p ch t ph n ng h p ph trên xúc tác oxid r n, xúc tác chuy n pha hay ph n ng không có t p ch t. Ví d ph n ng glycosyl hóa peracetylat D-glucopyran v i decanol. Ph n ng đ t hi u su t 74 % sau 3 phút d i tác d ng c a vi sóng so v i hi u su t 25 % sau 5 gi c a ph ng pháp gia nhi t truy n th ng [ 1].

OAc OAc O ZnCl2 AcO O OH + AcO 3 min AcO 8 O(CH2)9CH3 OAc AcO OAc OAc Ph n ng h u c có dung môi: Vi sóng h tr cho ph n ng t ng h p đ ng th pha l ng và c d th l ng. Vi c gia t ng dao đ ng và va ch m c a các phân t trong ph n ng làm t ng kh n ng chuy n kh i trong h do đó t c đ ph n ng t ng. Larhed th c hi n ph n ng ghép đôi Heck có s h tr c a vi sóng đã rút ng n th i gian ph n ng còn 4,8 phút so v i 17 gi c a ph ng pháp gia nhi t truy n th ng.

Br

I +

Pd(OAC)2 DMF, 60 W

Br

T ng h p v t li u Hi n nay ch có các h t nano oxid s t t là ch t c ng h ng t đ c s d ng đ chu n đoán hình nh(MRI) trong s d ng lâm sàng nh ng ch a đ c s n xu t th ng m i vì quá trình t ng h p ph c t p. Nhu c u s d ng trong chu n đoán lâm sàng và nghiên c u đòi h i ph n ng t ng h p đ n gi n, nhanh chóng, hi u su t cao và các h t nano oxit s t ph i t ng thích t ng thích sinh h c. Elizabeth A. Osborne đã s d ng vi sóng t ng h p 1

Brittany. L. Hayes. PhD, Microwave Synthesic: Chemistry at the speed of light

138

nhanh chóng, đ n gi n h t nano oxid s t t tráng dextran có phân b kích th đ u.

c khá đ ng

a. H t nano oxid s t tráng dextran đ c t ng h p 1 b c có lõi s t oxid 6,5 ± 1,2 nm b. H t nano oxid s t không tráng sau giai đo n 1 có đ ng kính lõi 17,7 ± 6,6 nm c. H t nano oxid s t tráng dextran sau giai đ on 2 có đ ng kính lõi 18,0 ± 4,1 nm i u ch xúc tác: Các kim lo i quý nh vàng ( Au) , b c (Ag ) và paladi (Pd) đ c s d ng r ng rãi cho nhi u ng d ng nh xúc tác, đi n t , quang t , quang đi n t , c m bi n và d c ph m.

Các ph ng pháp truy n th ng nh polyol, NaBH4 và kh quang hóa th ng s d ng các ch t ph n ng đ c h i và các dung môi h u c d bay h i ho c t o ra s n ph m ph .

Changseok Han t ng h p nano Au s d ng vitamin B1 làm ch t kh s d ng h tr ví sóng. Th i gian b c x khác nhau d n đ n hình thái khác nhau c a h t nano vàng.

139

K thu t nano: Vi sóng đ c dùng đ ch t o v t li u có kích th c nano trong th i gian ng n h n và đ t c u trúc đ ng đ u h n so v i ph ng pháp truy n th ng. Nhìn chung các nghiên c u đ u cho th y vi c ki m soát hình dáng và kích th c h t ph thu c vào s thay đ i các y u t c a ph n ng h n là s thay đ i các thông s c a h ph n ng vi sóng. Polshettiwar đã đi u ch đ c các ocid kim lo i có c u trúc nano d i tác d ng c a vi sóng.

T ng h p polyme: Polyme sinh h c đ c quan tâm đ c bi t trong lãnh v c d n truy n thu c. Các nhà khoa h c nghiên c u hi u ch nh các polyme t nhiên thành ch t d n truy n th ng đ t ng hi u qu đi u tr , gi m các tác d ng ph , đáp ng đ c yêu c u c a b nh nhân, phát tri n các chi n l c ch a b nh m i. So v i polyme t ng h p, các polyme t nhiên phân h y sinh h c, chi phí th p, có s n, không đ c và có kh n ng tái t o. Ví d t ng h p polyacrylamid (PAM) t nh a h t locust (Ân đ ) là m t polysaccharid m ch nhánh cao phân t v i acylamid đ c s d ng làm polyme d n truy n thu c v i s h tr c a vi sóng. Các đi u ki n c a ph n ng đã đ c nghiên c u t i u hóa nh l ng acrylamid, ceric ammonium nitrat đóng vai trò nh ch t kh ban đ u và th i gian ph n ng d i tác d ng c a vi sóng.

S n ph m polyacrylamid t h t locust này đã đ c nghiên c u các tính ch t quan tr ng nh d n truy n thu c, t c đ nh thu c, tính đ c t , kh n ng phân h y sinh h c.

H 2C OH

OH O H

H OH

H

O H CH2

H H

H

H OH

OH

H

H

OH

H 2C OH

O H

H

OH

OH H

H2C

H2C

H

H O

OH

OH

H

H

H

H

OH H

OH

O H

H

H2C

H

O OH

O NH2

O H

H OH

H

H

H CH2 H

H OH

O

O

OH

H

OH O

H

H

(Acrylamid)

O

H OH

OH

H

H

OH

O H

H

H 2C

H

H O

OH

OH H

O CH2 CH2

H

C

H

H

CONH2

OH O

H OH

OH

H

H

O

H

H

OH H

OH

O H

H

H

H

O CH2 CH2 C CONH2 CH2

H

C CONH2 CH2 H C CONH2 CH2 H

C

CONH2

140

Hình 4. 52: Ph n ng t ng h p nh a h t locust n i dài và kh n ng phân h y sinh h c c a nó trong môi tr ng aga T ng h p thu c Gia nhi t b ng vi sóng đã gi m đáng k th i gian ph n ng là tác d ng quan tr ng nh t đ n vi c nghiên c u phát tri n d c ph m. Th i gian ph n ng gi m thông th ng t vài ngày ho c vài gi đ n còn vài phút ho c th m chí vài giây. K thu t này đ c áp d ng nghiên c u r ng rãi trong t i u hóa quá trình đ u trong tìm ki m phát hi n các ti n ch t trong d c ph m, đi u ch thu c và c quá trình đi u tr b nh. K thu t này lý t ng cho các nghiên c u quy mô nh vì có th ki m soát đ y đ ph n ng, th i gian ph n ng ng n, đ an toàn cao và có k t qu đánh giá nhanh chóng. Ví d vi sóng đã đ c áp trong t ng h p các phân t nh đ ch ng l i b n trong nh ng b nh truy n nhi m ph bi n nh t là b nh lao, HIV/AIDS, s t rét và các b nh viêm gan C.

Ph n ng t ng h p enzym m i c ch HIV-1 s d ng vi sóng. Khi thay đ i g c R có th t ng h p đ c 25 ch t.

141 R

Br RSn(nBu)3 Pd(pPh3)2Cl2, CuO, DMF

O N OH H

O N OH

N H

O

H N

O O

N OH H

R-boronic acid/este Pd(pPh3)2Cl2, Na2CO3, EtOH,DMF o MW, 120 C, 30 phút

O N OH

N H

H N

O O

R= N

Ph n ng t ng h p Sildenafil (Viagra) s d ng vi sóng gi m t 10 gi ph n ng còn 10 phút và t ng hi u su t t 91 % lên 100 %.

O H2N C2H5O O

CH3 N N

N H

O

1. tBuOK, BuOH 85o

C2H5O HN

C, 10h, H=91%

N H

Pr

O S O

CH3 N N Pr

O S O

2. EtONa, EtOH o

N CH3

4.2.2.8.

MW, 120 C, 10min, H=100%

N CH3 Sildenafil (ViagraTM)

K t h p thi t b siêu âm và vi sóng

K t h p vi sóng và sóng siêu âm đ t ng c ng hi u qu ph n ng hóa h c là h ng đi m i đang đ c các nhà khoa h c quan tâm nghiên c u. Ph ng pháp này s s d ng đ c ngu n n ng l ng r t l n sinh ra t s v n bong bóng và s dao đ ng c a các phân t phân c c đ y nhanh quá trình truy n kh i và truy n nhi t c a ph n ng hóa h c. Vi c k t h p này đ c bi t có ích cho các ph n ng d th l ng-r n trong đó v n t c ph n ng đ c t ng lên m t cách đáng k .

Hình 4. 53.: Thi t b k t h p vi sóng và siêu âm

142

G. Cravotto và P. Cintas đã thi t l p h th ng siêu âm-vi sóng v i thanh siêu âm làm b ng s ho c th ch anh đã s d ng đ ng th i vi sóng và sóng siêu âm đ t ng h p hydrazine t metyl salicylat và hydrazine monohydrate. Ph ng pháp này nhanh, đ n gi n và hi u qu h n h n (40 giây, hi u su t 84%) so v i các ph ng pháp đun hoàn l u truy n th ng (9 gi và 73%), siêu âm 50 W, hoàn l u (1,5 gi và 73%) và vi sóng 500 W (18 phút và 80%).

4.3.

Xúc tác xanh

Xúc tác có vai trò thi t y u đ i v i m t quá trình hóa h c. Nó thúc đ y ph n ng hóa h c di n ra nhanh h n v i tính ch n l c cao h n, tiêu th n ng l ng ít h n so v i tr ng h p thông th ng. Ngày nay, xúc tác góp ph n quan tr ng cho ngành công nghi p xanh, nó không ch thay th m t ph n ch t tham gia ph n ng ho c làm cho quá trình di n ra hi u qu h n (hi u su t chuy n hóa cao h n) mà còn gi m tác đ ng x u t i môi tr ng và gi m chi phí cho các quá trình s n xu t hóa ch t.

Xúc tác xanh s d ng bao g m các xúc tác d th , đ ng th , xúc tác ánh sáng, đ c bi t xúc tác sinh h c (s d ng các enzym làm xúc tác cho ph n ng hóa h c). Xu h ng s d ng các xúc tác ít đ c, ho t tính cao và r ti n đ c áp d ng thành công trong l nh v c t ng h p xanh. Ví d : xúc tác s t thay th cho ruteni; zeolits h t nano làm xúc tác cho nhi u quá trình chuy n hóa trong ngành ch bi n d u, khí…

Ti m n ng to l n c a các xúc tác sinh h c t t nhiên nh các enzym cho t ng h p h u c đã ngày càng đ c công nh n. Thông th ng, các xúc tác sinh h c làm cho t c đ ph n ng cao và ch n l c h n nhi u so v i xúc tác hóa h c. Vì v y, s d ng xúc tác sinh h c trong t ng h p h u c đang là h ng phát tri n m nh và đ y ti m n ng. Ví d nh s d ng men cytochrom P450 monooxyanase trong các ph n ng dehydro hóa, dehalogen hóa kh , isome hóa…; men nitrilase đ th y phân các h p ch t nitril, chuy n hóa các nitril thành axit carboxylic… Nói chung, các enzym đang tr thành công c quan tr ng đ i v i các quá trình t ng h p xanh, đ c bi t trong l nh v c t ng h p hóa d c và công nghi p th c ph m.

4.3.1.

nh ngh a xúc tác sinh h c

T c đ ph n ng hóa h c đ c xác đ nh b i giá tr n ng l ng ho t hóa t c là n ng l ng các ch t tham gia ph n ng ph i đ t đ c trên m c n ng l ng bình th ng c a chúng đ c t đ t các liên k t c n thi t và hình thành các liên k t m i. N ng l ng ho t hóa các ph n ng nào đó càng l n thì t c đ ph n ng càng ch m và ng c l i.

Vi c đ a m t s ch t nào đó vào trong h th ng v n có tác d ng làm t ng t c đ ph n ng hóa h c đ c g i là s xúc tác. Xúc tác sinh h c là m t ch t xúc tác có ngu n g c sinh h c, th ng là m t lo i enzym ho c n i ti t t , dùng đ kích ho t ho c t ng t c cho m t ph n ng sinh hóa nh ng không làm thay đ i thành ph n tham gia ph n ng và c ng không làm thay đ i tính ch t c a s n ph m.

M t s lo i xúc tác sinh h c th

ng g p

Trong m t s tr ng h p vì lý do kinh t ng i ta không tách riêng enzym mà đ a c vi sinh vào quá trình s n xu t đ các t bào c a nó ti t ra enzym làm xúc tác cho các chuy n hóa. Lo i xúc tác nh v y đ c g i là xúc tác sinh h c nguyên t bào (whole cellbiocatalysts). Xúc tác sinh h c nguyên t bào ch a h n h p c a hàng nghìn lo i enzym

143

khác nhau, nh ng ch có m t ho c vài lo i enzym là có tác d ng đ i v i nh ng chuy n hóa mà ng i ta c n.

B ng 4. 5. M t s coenzyme làm v t trung chuy n các nguyên t ho c các nhóm nguyên t đ c hi u Nhóm đ c v n chuy n Aldehyde i nt i nt Nhóm acyl Nhóm amine Các nguyên t H và nhóm alkyl CO2 Nhóm m t carbon i n t và các nhóm acyl

Coenzyme Thiamine pyrophosphate Flavine adenine dinucleotide Nicotinaminde dinucleotide Coenzyme A Pyridoxal phosphate 5’– Deoxyadenosylcobalamine (Coenzyme B12) Biocytin Tetrahydrofolate Acid lipoic Thông th

ng có hai ph

ng pháp t o ra ch t xúc tác sinh h c:

M t là, tr c ti p s d ng “ph ng pháp lên men” vi sinh v t Hai là, “ph ng pháp l y enzyme” do vi sinh v t t o ra.

-

O

NH2 O

O

N

O

O P O P O P O O O O

O

N

N

N

NH2

O HO P O O

N O

Nicotineamide adenine dinucleotide (reduced form, NADH)

NH2

OH H

O P O OH

OH OH

N

O

N

N N

Adenonsine triphosphate (ATP) OH OH

NH2 O HSH2CH2C

N H

O

O N H

OH

N

O

O P O P O O O

Coenzyme A (free thiol form, CoASH)

O O

N

N N

OH

O P O O

S d ng ph ng pháp lên men đ t o ra ch t xúc tác sinh h c, m c dù giá c t ng đ ng v i ch t xúc tác hóa h c, tuy nhiên đ tinh khi t r t th p; còn n u s d ng “ph ng pháp l y enzyme," m c dù có th t o ra ch t xúc tác sinh h c có đ tinh khi t t ng đ ng v i ch t xúc tác hóa h c, tuy nhiên giá c l i r t cao. Chính vì th mà ngày nay nhi u nhà khoa h c đã nghiên c u và đã thành công trong vi c k t h p c 2 ph ng pháp trên là enzyme ch u nhi t nghiên c u đã k t h p đ c tính c a hai ph ng pháp “lên men” và “l y enzyme." Tr c tiên, các nhà khoa h c c y m t gen có th s n sinh enzyme ch u nhi t vào vi sinh v t đ c bi t. Sau khi vi sinh v t hoàn thành quá trình s n sinh enzyme, các nhà khoa

144

h c đã t ng nhi t đ tiêu di t chúng. Trong quá trình này, vi sinh v t đ c bi t đã phát huy vai trò làm phong phú các enzyme ch u nhi t. Do sau khi t ng nhi t, b m t t bào c a vi sinh v t m ra các l nh , vì th các enzyme bên trong càng d dàng tham gia vào ph n ng hóa h c.

4.3.2. Danh pháp và phân lo i enzym Tên g i c a enzyme th ng là tên g i c a các c ch t hay ki u ph n ng mà nó đ c dùng làm xúc tác thêm vào đuôi “ase”, ví d : urease, hydrolase…Ngoài ra còn có nh ng tên g i truy n th ng theo thói quen, không chó th y b n ch t hóa h c c a ph n ng do enzyme xúc tác, ví d : pepsin, trypsin…c hai ki u tên g i trên dđ u thi u chính xác. kh c ph c tính tr ng đó, H i Hóa sinh h c qu c t đ ngh s d ng m t s h th ng danh pháp và phân lo i trên c s b n ch t c a ph n ng đ c xúc tác. Theo h th ng này thì toàn b enzyme đ c g i theo b n ch t c a ph n ng đ c xúc tác và b n ch t c a các ch t cho, ch t nh n trong ph n ng đ c phân chia thành 6 nhóm l n; m i nhóm l n này l i đ c chia thành nhi u phân nhóm; m i phân nhóm này l i chia thành nhi u phân nhóm nh h n, trong đó bao g m nh ng enzyme có c ch t tác d ng gi ng nhau. M i nhóm, trong đó bao g m phân nhóm và m i enzyme đ c ký hi u b ng mã s đ c tr ng g m t ng ng m t, hai, ba ho c b n con s cách nhau b ng các d u ch m.

B ng 4. 6. Danh m c mã s c a 6 nhóm enzyme và các phân nhóm chính c a chúng Nhóm

1. Oxydoreductase

2. Transferase

3. Hydrolase

4. Liase

Phân nhóm 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4.1 4.2

Ph n ng đ c xúc tác Hydrogen hóa và dehydrogen hóa =CH-OH =C=O -CH=CH-CH-NH2 =CH-NHNADH, NADPH V n chuy n các nhóm ch c Các g c 1 carbon Nhóm aldehyde ho c cetone Acyl Liên k t glycoside Nhóm methylalkyl ho c aryl Nhóm ch a nit Nhóm ch a phosphore Nhóm ch a l u hu nh Các ph n ng th y phân Ester Glycoside Eter Peptide Các liên k t C-N khác Các anhydrit acid T o liên k t đôi =C=C= =C=O

145

Nhóm

5. Isomerase

6. Ligase

4.3.3.

Phân nhóm 4.3 5.1 5.2 5.3 5.4 6.1 6.2 6.3 6.4

Ph n ng đ

c xúc tác

=C=Nng phân hóa Rasemase và epimerase Xis-trans-isomerase Oxy hóa n i phân t Transferase n i phân t T ng h p -C=O C-S=C-NC-C

u đi m c a xúc tác sinh h c:

-

C ng nh các ch t xúc tác nói chung, enzyme làm t ng nhanh t c đ ph n ng.

-

Enzyme không quy t đ nh chi u h

-

Enzyme không đóng vai trò là ch t tham gia ph n ng trong ph Trong quá trình xúc tác, l ng enzyme không thay đ i.

-

C ng nh m i ch t xúc tác khác, enzyme làm gi m n ng l ng ho t hóa c n thi t c a các ph n ng hóa h c.Nói cách khác n ng l ng ho t hóa ph n ng đ c gi m đi nhi u khi có s xúc tác c a enzyme.

-

Ch t xúc tác sinh h c có th đ c ng d ng trong r t nhi u ph n ng hóa h c, giá c và đ tinh khi t c a chúng t ng đ ng v i ch t xúc tác hóa h c truy n th ng.H n n a, s d ng ch t xúc tác sinh h c còn có th gi m thi u tác đ ng x u t i môi tr ng.

Ch đ ng ngu n nguyên li u, vi sinh v t là ngu n nguyên li u vô t n đ s n xu t ra ch t xúc tác sinh h c Có th đi u khi n quá trình xúc tác d dàng h n Nguyên li u r ti n, giá thành th p Ho t tính m nh nh t là xúc tác vi sinh v t v t xa các ngu n xúc tác khác.

-

ng c a ph n ng. ng trình ph n ng.

4.3.4. H n ch c a xúc tác sinh h c: -

4.3.5.

Khó b o qu n lâu dài vì d b bi n tính d i tác d ng c a các tác nhân lý hóa nh nhi t đ , hóa ch t, tia b c x …

C u trúc c a enzym có th b thay đ i b i quá trình liên k t làm cho enzym b m t ho t tính Vi c s d ng enzym c ng g p khó kh n vì ph i cho đúng đ nh l ng trong môi tr ng nh t đ nh và ph i đi u ch nh v đúng đi u ki n thì lúc đó enzym m i b t đ u ho t đ ng Quá trình ph n ng th ng gián đo n nên không t đ ng hóa đ c.

N ng su t thi t b không cao và d gây n mòn thi t b .

Quá trình tách xúc tác ra kh i ph n ng r t khó kh n.

Ph m vi áp d ng h p. ng d ng c a xúc tác sinh h c trong k thu t:

S n xu t hydro: Hi n nay các nhà khoa h c đang nghiên c u m t s cách ti p c n khác đ s n xu t hyđro. Ví d , s n xu t hyđro b ng quá trình lên men k khí cacbonhydrat

146

nh quang h p tr c ti p và quay vòng theo chu k gi a các đi u ki n lên men sunphua và không sunphua. M t cách ti p c n n a c ng có h a h n, bao g m quá trình ph n ng sinh h c 3 khâu: -

S n xu t cacbonhydrat thông qua quang h p; Chuy n hoá cacbonhydrat thành axit lactic nh lên men b ng vi khu n; S n xu t hyđro t axit lactic b ng vi khu n.

Vi c s n xu t etanon sinh h c b ng cách lên men đ ng mía đã đ c th ng m i hoá hay các ph ph m đ ng v t, ch ng h n nh n c s a, c ng đ c s d ng làm nguyên li u s n xu t etanon.Trong khi etanol sinh h c đem ngu n n ng l ng tái t o vào th tr ng x ng d u thì điêzen sinh h c đang n i lên th tr ng điêzen. iêzen sinh h c th ng đ c s n xu t t m và d u th c v t nh d u c i và d u đ u t ng.Glycerine là m t ph ph m đ c dùng cho nhi u ng d ng công nghi p.Vi c t ng c ng các s d ng m i cho glycerine đ c coi là yêu c u then ch t đ t o đ ng l c cho n n kinh t t ng lai.

M t s lo i hóa ch t đ c s n xu t nh quá trình chuy n hóa d i tác d ng c a xúc tác sinh h c. có enzym ng i ta ph i nuôi c y m t s lo i vi sinh đ c ch ng sau đó c đ nh và phân l p enzym do chúng sinh ra r i áp d ng trong quá trình s n xu t. Trong m t s tr ng h p vì lý do kinh t ng i ta không tách riêng enzym mà đ a c vi sinh vào quá trình s n xu t đ các t bào c a nó ti t ra enzym làm xúc tác cho các chuy n hóa.

Nh công ngh tái t h p t bào (tái t h p ADN), ng i ta đã thi t k đ c các vi sinh có kh n ng ti t ra các enzym có đ s ch cao nh t và v i chi phí th p nh t. Nói m t cách đ n gi n, tái t h p ADN là k thu t k t n i ADN t các ngu n khác nhau đ t o ra lo i ADN m i v i các đ c tính u vi t. VD: c đã áp d ng công ngh nói trên trong s n xu t r u Chiral và các axit amin quy mô l n, đ c bi t trong s n xu t r u Chiral, n ng đ s n ph m đ t m c > 200 g/l, t o ra m t n ng su t r t cao.

Trong công nghi p: công nghi p hóa ch t, công nghi p t y r a (lipase, cellulase), công nghi p thu c da, công nghi p d t, x lý môi tr ng.

Trong ch bi n th c ph m: ch bi n rau qu , ch bi n th t, s a, ch bi n tinh b t, bánh k o, n c gi i khát , bia r u.

Y d c h c: ch a b nh, tr tiêu hóa (pepsin, trypsin, amylase), s n xu t đ c ph m (Urease t ng mi n d ch, ch ng viêm loét d dày), phân tích lâm sàng (urease phân tích urea trong máu, n c ti u, glucooxidase phân tích glucose trong máu), ch n đoán b nh;…

Nông nghi p: phòng tr sâu b nh (chitinase tr sâu b nh) b sung th c n ch n nuôi đ t ng h u su t h p thu, n ng su t v t nuôi.

Trong công nghi p d t nhu m ng i ta s d ng enzym nh (cellulase, anpha amilaza, pectinase,…) đ c t lông trong quá trình ti n x lý v i hay s d ng enzym đ ho t hóa thu c nhu m giúp cho thu c nhu m đi vào t t h n….

Trong công ngh s n xu t phân bón là m t trong nh ng ngành s d ng xúc tác sinh h c nhi u nh t. Ch ng h n nh t o ra phân bón cho cây nh vào vi sinh v t cô đ nh làm xúc tác đ cho phân bón có th đi đ c vào cây….

4.3.6. Ph

ng pháp nghiên c u enzym

Có hai ph ng pháp dùng đ nghiên c u các ph n ng enzyme.M t trong hai ph ng pháp đó là l a ch n các m u sau nh ng th i gian nh t đ nh và đo s bi n đ i c a ph n ng enzyme.Qua hàng lo t đi m riêng bi t nh n đ c s xây d ng đ c đ ng bi u di n các

147

b c ph n ng. Ph ng pháp khác là ti n hành quan sát b n thân h n h p ph n ng theo ti n trình x y ra và có t h xây d ng đ c m t s l n nh ng thay đ i, ho c d a vào các ph ng pháp t đ ng đ ghi l i. Chúng ta s nh n đ c nh ng đ ng bi u di n liên t c các b c phát tri n c a ph n ng enyme. ph ng pháp đ u, ng i ta th ng đo n ng đ c ch t ho c n ng đ s n ph n c a ph n ng. N u ph n ng t ng thì c hai cách v a nêu trên có th s d ng đ đo ho t đ ng c a enzyme.

Trong m i tr ng h p xác đ nh t c đ , ng i ta ph i nh n đ c ít nh t là 3 đi m: m t đi m th i đi m không, đi m hau là kho ng th i gian nh t đ nh đã trôi qua, đi m th 3 kho ng th i gian l n g p hai l n kho ng tr c. T đó có th ki m tra đ c s đúng đ n c a ph n ng enzyme trong kho ng th i gian quan sát.

Nói chung, ph n l n các ph ng pháp đ c s d ng đ nghiên c u tác ph n ng enzyme là o i ph ng pháp nghiên c u liên t c vì nó đ c m i ng i a dùng h n.

Nh ph n đ u đã nói đ n, enzyme là nh ng ch t xúc tác sinh h c có b n ch t protein và r t không n đ nh. Trong nh ng đi u ki n bât l i, chúng r t không b n, có th d dàng b bi n tính và b m t ho t đ . Do đó, khi làm vi c v i enzyme, phai3l uôn luôn chú ý tránh nh ng đi u ki n d làm m t ho t đ c a nó. Thông thuo7ng22 ph n l n các enzyme ho t đ ng đ c vùng pH trung tính ho c g n trung tính (pH = 7± 2). Vì v y các y u t t acid m nh, ki m m nh d gây bi n tính enzyme.

Nh ng ion kim lo i n ng nh chì, đ ng, th y ngân,… và các đi u ki n nhi t đ cao c ng th ng làm m t ho t đ enzyme. c bi t là khi tách và làm s ch enzyme, c n ti n hành nhi t đ th p.Nhi t đ th ng dùng cho các công vi c này thông th ng t 00C đ n 50C. i v i các enzyme không b n, các công đo n làm s ch có th ti n hành nhi t đ th p h n. Trong các tr ng h p này, ng i ta hay s d ng các h n h p l nh nh n c đá v i CO2 ho c n c đá v i mu i NaCl, ho c th m chí ng i ta dùng cà h n h p n c đá v i sulfuric acid đ m đ c…Ví d v m t h n h p làm l nh đã đ c trình bày trên b ng 1.5.

Nh trên đã nói, nhi u enzyme b m t ho t tính các dung d ch có pH<5 ho c pH>9, tuy r ng có m t s ngo i l nh pepsin b n trong acid. Do đó, tùy thu c m i lo i enzyme, song nên chú ý tránh pH quá acid ho c quá ki m. Khi đi u ch nh pH c a dung d ch đ m có ch a enzyme c n ph i thêm t t và r t th n tr ng các acid ho c ki m.Và khi thêm hóa ch t đ ch nh pH thì nên ti n hành 00C. Khi làm vi c v i enzume c ng c n chú ý tránh t o bót vì nhi u enzyme b bi n tính (m t ho t tính) m t phân cách hai pha n c và khí. tránh vi c t o b t có th x y ra, ng i ta th ng rót dung d ch enzyme theo thành ng th y tinh và không đ c l c. Có khi vi c tách t ng ph n enzyme b ng b t d làm m t ho t tính enzyme.Vì v y, đ kh c ph c tình tr ng này, ng i ta th ng thêm amoni sunphat d i d ng dung d ch bão hòa c a nó.

Trong khi x lý các m u thì nghi m nh c t, thái, xaay nh các m u th c v t và đ ng v t (ví d cây, th t, các c quan n i t ng…) không dùng các d ng c dao kéo d ng c xay đã han r đ tránh tác d ng các ion kim lo i n ng nh (Cu, Pb, Fe..) mà dùng d ng c inox…

Khi dùng các dung môi h u c nh aceton, alcol đ k t t a enzyme c n ti n h nh nhi t đ th p.Tách k t t a enzyme b ng cách ly tâm t t h n l c l nh vì ti n hành nhanh h n. m t s tr ng h p, khi tách và làm s ch enzyme có hi n t ng gi m d n ho t đ , vì v y c n ph i làm thí nghi m nhanh.T t nh t là thì nghi m liên t c, không ng t qu ng.

148

M t đi u ki n c n chú ý n a là trong khi ti n hành xác đ nh ho t đ c a các enzyme, n u đã xác đ nh trong kho ng nhi t đ nào thì t t c các thành ph n c a h n h p ph n ng ph i gi nhi t đ y.Lúc này nh t thi t ph u dùng máy n nhi t (themostate).Khi h n h p ph n ng đã đ t đ c nhi t đ c n thi t thì m i ti n hành thí nghi m.pH trong quá trình ti n hành thí nghi m c ng ph i gi n đ nh b ng dung d ch đ m và ph i đ m b o đ chính xác c a pH: nh ng ph n ng t o acid thì ph i thêm ki m ho c ng c l i. đ mb ok t quá tin c y, tránh sai s nhi u, ph i l y th t chính xác l ng d ch enzyme.Ng i ta th ng dùng lo i pipt không chia đ ho c sau này dùng cái lo i micropipet. Trong khi thí nghi m c n chú ý tránh đánh r i enzyme vào dung d ch đang ph n ng. Ví d khi đang làm thí nghi m v i amylase ch ng h n thì không nói chuy n.Khi đã có ch ph m enzyme, c n b o quán chúng nhi t đ th p. M t s enzyme n đ nh dung d ch đ m đ c c a amoni sunphat. Trong tr ng h p này, ng i ta gi các k t t a d ng huy n phù trong dung d ch amoni sunphat bão hòa và l y ch ph m ra b ng cách ly tâm. Trong đi u ki n phòng thí nghi m, vi c s y khô ch ph m enzyme s làm m t ho t đ enzyme hoàn toàn.Nh ng đi u ki n chân không n u s y khô nhi t đ th p ho c dùng ph ng pháp đông khô thì có th duy trì ho t đ bình th ng c a chúng.

4.3.7. Ngu n enzym Enzyme là nh ng ch t xúc tác sinh h c, có nhi u trong c th s ng. Vi c đi u ch chúng b ng ph ng pháp hóa h c v i s l ng l n là vi c r t khó kh n và đ y t n kém n u không mu n nói là đi u không t ng, nên ng i ta th ng thu nh n chúng t các ngu n sinh h c. M c dù enzyme có trong t t c các c quan, mô c a đ ng v t th c v t, c ng nh trong t bào vi sinh v t, song vi c tách enyme c ng nh cho phép thu đ c enzyme v i hi u su t cao và d dàng tin ch chúng. Vi c phân b c a enzyme c ng không đ ng đ u, trong m t lo i t bào c ng có th có nhi u enzyme này song c ng có th không có enzyme khác. L ng enzyme thay đ i tùy theo giai đo n sinh tr ng phát tri n c a sinh v t và tùy theo loài mà ngu n nguyên li u s tùy thu c vào lo i enzyme ta c n dùng thích h p cho vi c tinh ch enzyme. Có ba ngu n nguyên li u sinh h c c b n: các mô và c quan đ ng v t, mô và c quan th c v t, t bào vi sinh v t.

Trong t t c các ngu n nguyên li u có ngu n đ ng v t thì tuy n t y, màng nh y d dày, tim… dùng đ tách enzyme r t thu n l i. D ch t y t ng có ch a amylase, lipase, protease, ribonuclease và m t s enzyme khác. th c v t: thông th ng enzyme hay có m t các c quan d tr nh h t, c , qu .

C quan d tr giàu ch t gì thì nhi u enzyme chuy n hóa ch t y.

Vi sinh v t là ngu n nguyên li u vô t n đ s n xu t enzyme v i s l ng l n. ây là ngu n nguyên li u mà con ng i ch đ ng t o ra. Chu kì sinh tr ng c a vi sinh v t ng n vì v y có th nuôi c y hàng tr m l n trong m t n m.

4.3.8. So sánh xúc tác sinh h c v i các lo i xúc tác khác 4.3.8.1.Các ch t xúc tác vô c Trong b t kì m t ph n ng hóa h c nào, ví d t h n h p ch t A B, có th x y ra là do m t ph n n ng l ng trong các phân t c a A ch a n ng l ng l n h n s phân t còn l i, làm cho chúng luôn t n t i tr ng thái ho t đ ng. tr ng thái này d dàng phá v m t liên k t hóa h c ho c t o ra m t liên k t m i đ làm xu t hi n s n ph m B. N ng l ng ho t hóa đ c đo b ng n ng l ng c n thi t đ chuy n các phân t lên tr ng thái ho t đ ng. Ch t xúc tác làm gi m n ng l ng ho t hóa v n c n đ ph n ng có th x y ra t phát.Trên th c t thì khi ta s d ng các ch t xúc tác vô c cho m t ph n ng

149

thì s làm cho n ng l ng gi m xu ng nh ng s gi m nhi u h n n u ta thay ch t vô c đó b ng các ch t xúc tác sinh h c. Chính vì lý do đó mà các ph n ng enzyme có th x y ra v i t c đ cao đi u ki n nhi t đ sinh lí.

B ng 2.1 N ng l

ng ho t hóa đ i v i các ph n ng xúc tác b ng enzyme và b ng các ch t xúc tác khác Ph n ng

Phân gi i peroxide hydro

Th y phân ethyl butyrate Th y phân casein Th y phân sacharose Th y phân -methylglucoside

Ch t xúc tác

Ea (Kcal/mol)

Không Platin Catalase Ion hydro Ion hydroxyl Lipase tuy n t y Ion hydro Trypsin Ion hydro Invertase n m men Ion hydro -glucosidase

18.000 11.700 <2.000 16.800 10.200 4.500 20.600 12.000 25.000 8.000 – 10.000 32.600 12.200

4.3.8.2.Các ch t xúc tác kim lo i không n n Thông th ng, m t quá trình xúc tác yêu c u m t di n tích b m t kim lo i l n đ gi m thi u các yêu c u khác cho xúc tác. Tuy nhiên, có m t vài quá trình mà t c đ ph n ng trên b m i đ n v di n tích b m t x y ra r t nhanh mà ch c n có m t di n tích b m t kim lo i ho t đ ng nh là đ . Các ch t xúc tác kim lo i không n n có nhi u d ng h n so v i xúc tác sinh h c nh : d ng dây, d ng l i, d ng h t thô, d ng b t và d ng m nh khung (Raney) Trong nh ng ph n trên đã cho th y n u mu n m t ph n ng di n ra mà có m t ch t xúc tác sinh h c thì ph thu c r t nhi u vào các đi u ki n xung quanh c ng nh nhi t đ , và ch t xúc tác ch ho t đ ng đ c nh ng kho ng nhi t đ nh t đ nh n u quá cao thì s b c ch nên đây chính là đi m làm cho xúc tác sinh h c kém h n so v i xúc tác kim lo i không n n vì nh ng ch t xúc tác kim lo i không n n th ng th ng đ c s dùng cho ph n ng đi u ch nh truy n kh i nhi t đ cao i v i xúc tác kim lo i không n n thì tùy vào hình d ng mà đ c s d ng cho m c đích khác nhau thì xúc tác sinh h c c ng t ng t nh th nh ng đ i v i xúc tác sinh h c thì không có hình d ng nh là xúc tác kim lo i không n n nên ph i tùy theo b n ch t c a ph n ng là ch n lo i xúc tác cho phù h p 4.3.8.3.Các ch t xúc tác có n n: Các ch t xúc tác kim lo i th ng thì vi c s d ng ch t n n nh m m c đích ch y u là nâng cao đ n đ nh c a xúc tác. i u này có th đ t đ c nh vào s t ng tác phù h p c a các thành ph n ho t tính v i ch t n n. Do đó vi c l a ch n ch t n n c c k quan tr ng trong vi c thi t k m t ch t xúc tác. Th nh ng v i xúc tác sinh h c thì các ch t xúc tác tác đ ng tr c ti p vào ph n ng giúp cho ph n ng di n ra nhanh chóng h n mà không ph thu c vào ch t n n ch ph thu c vào các đi u ki n c a ph n ng chính vì th mà s d ng xúc tác sinh h c s ít t n kém h n vì không ph i s d ng thêm m t s ch t khác. Chính vì

150

th mà xúc tác có n n th ng ch s d ng cho các lo i xúc tác đ t ti n nh kim lo i quý, b t platin… còn s d ng ch t xúc tác sinh h c thì s d ng r ng rãi h n.

B ng 4. 7. Các tính ch t hóa h c c a ch t n n so v i xúc tác sinh h c Ch t xúc tác có n n -

Tr v i các ph n ng ph n đ nh d i các đi u ki n ph n ng T ng ho t tính đ c tr ng ho c ch n l c Làm n đ nh ph n ng Gi m nhi m đ c ph n ng Gi m nhi m đ c ch t xúc tác

Xúc tác sinh h c -

Ít x y ra các ph n ng ph Tùy theo đi u ki n ph n ng T ng t c đ ph n ng Không c n x lý l i s n ph m và c ng không nh h ng đ n s n ph m

4.3.8.4.Các ch t xúc tác oxit: Các ch t xúc tác oxit có 2 lo i chình là ch t cách đi n và ch t bán d n. Các oxit bán d n giúp cho các kim lo i chuy n đ i qua l i t ng đ i d dàng gi a hai tr ng thái hóa tr . i v i xúc tác sinh h c thì không th s d ng làm bán d n đ ch có th s d ng đ i v i các ph n ng mang tính ch t hóa sinh.

c vì xúc tác sinh h c

 T nh ng s so sánh trên cho ta th y vì xúc tác sinh h c còn nhi u khuy t đi m so v i các lo i xúc tác khác chính vì v y mà xúc tác sinh h c tuy đ c bi t đ n nh ng ch a đ c s s ng r ng r i l m tuy v y các quy trình công nghi p đ c xúc tác b ng enzym luôn luôn hi u qu h n so v i ph ng pháp hoá h c, b i vì chúng có ít khâu t ng h p h n và m i khâu đ u có hi u su t g n đ t 100%. Trong khi đó, ph ng pháp hoá h c ch đ t hi u su t 10% Tính xúc tác sinh h c th hi n chính ch ch v i m t n ng đ ( s l ng) r t nh c ng có kh n ng t ng t c đ ph n ng lên hàng ngàn, v n l n so v i đi u ki n bình th ng. Nh ng c ng nh các ch t xúc tác khác, b n thân ch t xúc tác không tham gia vào s n ph n cu i cùng c a ph n ng đó Tuy nhiên, m t v n đ đ t ra cho enzym sinh h c là chúng ng ng ho t đ ng khi trong môi tr ng có nhi t đ , đ pH và áp su t không phù h p.B i v y, các xúc tác enzym th ng ch đ c áp d ng h n ch đ s n xu t các s n ph m cao c p nh d c ph m và ch t b d ng.Nh ng ti n b trong vi c tìm nh ng lo i enzym kho và ph ng th c s n xu t enzym đang b t đ u kh c ph c đ c nh ng khó kh n này. Ngoài ra, các công ngh đang n i lên, nh ph ng pháp ti n hoá đ c đ nh h ng, b c đ u t o ra các “siêu” enzym thích h p v i m c đích, mà ta có th ch ng ki n s thâm nh p c a chúng vào l nh v c công nghi p.

4.3.9.

4.3.13.1.

c đi m c a ph n ng s d ng xúc tác sinh h c (enzym) ch n l c

Enzyme khác m t cách rõ r t v i các ch t xúc tác hóa h c khác tính đ c hi u c ch t và hi u quá xúc tác. Ph n l n enzyme ch có m t s ít các c ch t t nhiên đ đ c bi n hóa thành s n ph m đ n gi n v i hi u quá r t cao. C u trúc đ c đáo c a trung tâm ho t đ ng c a enzyme quy đ nh tính đ c hi u này và không ch cho phép k t h p m t cách thu n l i v i các c ch t đ c hi u mà còn lo i tr kh n ng liên k t không thích h p c a nhi u ch t không ph i là c ch t c a enzyme.M c đ đ c hi u cao này đ c duy trì cùng v i t c đ ph n ng nhanh g p 106 – 1012 l n so v i các ph n ng t phát không xúc tác.

151

a s các enzym có đ ch n l c đ i t ng tác đ ng m t cách rõ r t, m i enzym ch tác đ ng lên m t c ch t, m t ki u ph n ng ho c m t lo i ph n ng, có ngh a là tác d ng c a enzym có tính đ c hi u. Ví d fumarase ch xúc tác ph n ng chuy n hóa gi a fumarate và malate: Hi n t

ng này có liên quan t i c u trúc phân t và trung tâm ho t đ ng c a enzym

Có 4 ki u đ c hi u c a enzym:

c hi u tuy t đ i: M i enzyme ch xúc tác ph n ng cho m t c ch t nh t đ nh. ó là tr ng h p c a suxinate dehydrogenase và fumarase. Hay là enzyme urease ch phân hóa urea ch không nh h ng t i metylurea

–

–

c hi u t ng đ i: Enzym lo i này xúc tác phân hóa m t ki u liên k t, không ch u nh h ng c a ch t t o ra liên k t đó.Leucine aminopeptidase là m t ví d . Enzyme này th y phân nhi u amide c a -L- aminoacid và dipeptide v i t c đ khác nhau trong ph n ng có d ng nh sau: Trong đó R là g c amniacid còn R’ là nguy t hydro (trong amide) hay m t g c aminoacid khác (trong dipeptide). M i c ch t c n cóm t nhóm amine không b thay th m t nguyên t hydro t i carbon n m c nh kiên k t amide ho c peptide nh y c m.G c aminoacid NH2 t n cùng ph i co c u hình L, tr

glycine v n c ng ch r t ít khi tham gia trong vi c t o ra c ch t cho enzyme này. c hi u theo ki u ph n ng: Enzym lo i này ch tác đ ng lên m t ki u ph n ng nh t đ nh. Ví d : trypsin th y phân t t cà liên k t peptide, amid và ester hình thành v i s tham gia c a lysine ho c arginine. M c dù có th th y phân các ki u liên k t khác nhau, trypsine có tính đ c hi u m t cách nghiêm ng t v i các nhóm R c a lysine và arginine.

152

–

c hi u theo ki u hình h c không gian: Enzym lo i này ch tác đ ng ch n l c lên m t ki u c ch t, n u c ch t này có nhi u đ ng phân không gian

Tính đ c hi u c a các enzyme nói trên cho th y kích th c, hình d ng và b n ch t hóa h c c a các nhóm trên c ch t xác đ nh t c đ mà c ch t ch u s tác đ ng c a enzyme. Nh ng d ki n có đ c ngày nay cho phép ngh r ng trong vi c hình thành s k t h p mang tính b sung gi a c ch t v i trung tâm ho t đ ng c a enzyme có th có s tham gia c a các t ng tác k n c, t nh đi n c ng nh liên k t hydro. Trong m t s tr ng h p các ch t trung gian đ ng hóa tr c ng có th hình thành m t cách t m th i trong các ph c h enzyme – c ch t. Nh v y, t t c các nhóm c a c h t đ c l p đ t m t cách sít sao và trung tâm ho t đ ng sao cho m i nhóm n m m t cách chính xác bên c nh nhóm b sung trong trung tâm ho t đ ng. M c đích chính c a chúng ta là hi u đ c b ng cách nào ki u liên k t đ c hi u nh v y cu i cùng d n đ n s bi n đ i hóa h c đi đôi v i vi c g n c ch t t i trung tâm ho t đ ng c a enzyme.Tuy nhiên, tr c khi xem xét nh ng c ch này, ta c n ph i tìm hi u các c ch c a vi c thúc đ y nhanh t c đ c a các ph n ng enzyme.

Có hai c s c u trúc quan tr ng xác đ nh tính đ c hi u c a enzyme đ i v i c ch t đó là: C ch t c n ki u liên k t hóa h c đ c tr ng mà enzyme có th công phá Bên c nh y u t th nh t, c ch t còn ch a m t ho c m t s nhóm ch c có kh n ng k t h p v i enzyme b ng cách nào đó đ đ nh h ng c ch t t i trung tâm ho t đ ng, t c trung tâm ho t đ ng, t c trung tâm ph n ng, c a enzyme. Ví d đi n hình là tr ng h p acetylcholine esterase phân gi i liên k t ester gi a choline và g c acetyl.

Kh n ng c a enzyme phân gi i liên k t ester ph thu c c vào s t n t i c a các g c serine, tyrosine và histidine v n tr c ti p than gia quá trình ph n ng, c ng nh vào s có m t c a nhóm COO- đ liên k t t nh đi n v i N+ c a c ch t.

Enzym là nh ng ch t xúc tác tinh x o ch n l c, có kh n ng l a ch n m t ch t n n duy nh t t m t bi n c a các h p ch t t ng t . i u quan tr ng, đ c tr ng th hi n t c đ mà m t ch t n n ph n ng ch không ph i là m i quan h ràng bu c ch t n n. c hi u phát sinh t các c u trúc ba chi u c a các trung tâm enzyme ho t đ ng, các trung tâm này b sung cho các tr ng thái chuy n ti p c a ph n ng. Trong m t s tr ng h p, m t ch t n n t t gây ra m t c u trúc ho t đ ng mà không có s n v i m t ch t n n nghèo. C th c a nó c ng hi n hi n trong cách mà các enzyme ki m soát s phân h y các ch t trung gian không n đ nh, h n ch c u t o là d ph n ng và chuy n sang m t tr ng thái khác, đ mang l i m t s n ph m duy nh t.

M i lo i enzyme ch xúc tác cho 1 ph n ng nh t đ nh v i c ch t t ng ng.

Enzyme có kh n ng xúc tác m t cách hi u qu đi u ki n nhi t đ áp su t bình th ng, trong 1 s đi u kiên xúc tác th ng nhi t đ áp su t cao, mà hi u qu ph n ng l i không cao. S d enzyme có kh n ng tuy t v i nh v y vì nó t o ra đ c môi tr ng đ t hi u có l i nh t v m t n ng l ng đ th c hi n ph n ng.Môi tr ng đ c hi u trên đ ct o b i tâm ho t đ ngliên k t v i c ch t mà nó xúc tác t o ra ph c enzyme c ch t.

Enzyme có c N ng l

ng đ xúc tác đ c hi u r t cao b i:

ng t do gi i phóng trong quá trình hình thành liên k t y u trong

t ng tác liên k t c ch t enzyme. Enzyme th ng s d ng n ng l ng liên k t làm gi m n ng l ng ho t hoá. Fisher đ a ra gi thuy t “s n kh p nh chìa khoá và khoá” cho phép gi i thích tính xúc tác đ c hi u c a enzyme. Tuy nhiên không th d a vào đó đ

153

gi i thích c ch ho t đ ng c a enzyme, vì trong th c t s kh p quá kh ng khít l i là nguyên nhân c n tr di n ti n ph n ng Enzyme s d ng n ng l c ch sau:

ng liên k t t o ph n ng xúc tác đ c hi u thông qua m t s

Gi m entropi Làm m t l p v n c bao quanh c ch t N ng l ng liên k t do các t ng tác y u t o ra tr ng thái chuy n ti p T o ra kh p ph n ng làm cho ph n ng x y ra d dàng h n Sau khi t o thành ph c enzyme-c ch t các nhóm ch c n ng n m v trí đ c bi t trong ph c s phát huy tác đ ng c a mình theo m t s c ch . Ph bi n nh t là c ch xúc tác axit - baz và c ch xúc tác hóa tr C ch xúc tác acid-base: th ng trong ph n ng sinh hoá luôn có s hình thành các ch t trung gian mang đi n không b n, d dàng phân rã tr l i tr ng thái ban đ u. Tuy nhiên chúng có th n đ nh nh s trao đ i proton v i s tham gia c a H+, H3O+ và OH- trong môi tr ng n c xúc tác acid-base riêng, khác v i xúc tác acid-base chung x y ra trong môi tr ng ph n ng ngoài n c còn có ch t cho và nh n proton khác.

Xúc tác thông qua các liên k t hóa tr t m th i: liên k t này t n t i trong khoãng th i gian r t ng n gi a enzyme và c ch t. S hình thành liên k t y u t m th i này gi a enzyme và c ch t s ho t hoá r t m nh cho ph n ng Xúc tác thông qua ion kim lo i: r t nhi u tr ng h p enzyme có ch a các kim lo i và c ch t xu t hi n t ng tác (thông qua ion kim lo i) giúp đ nh h ng c ch t vào tâm ph n ng ngoài ra kim lo i còn tham gia vào ph n ng oxi-hoá kh 4.3.13.2. Ho t tính Tính xúc tác sinh h c c a enzyme th hi n chính ch enzyme v i n ng đ , s l ng r t nh c ng có kh n ng t ng t c đ ph n ng sinh hóa h c lên hàng ngàn, v n l n so v i đi u ki n bình th ng.Nh ng c ng nh các xúc tác khác b n thân enzyme không tham gia vào s n ph m cu i cùng c a ph n ng. nhi t đ không đ i, m t t p đán cac phân t có m t đ ng n ng phân b gi a các phân t nh mô t m t cách khái quát nh trong hình 3.3 . nhi t đ T1 t p đoàn các phân t không có đ n ng l ng đ th c hi n m t ph n ng hóa h c đ c hi u nào, nh ng n u nhi t đ đ c nâng lên đ n T2 thì s phân b n ng l ng thay đ i theo. T i T2 bây gi có đ n ng l ng đ nâng s va ch m gi a các phân t , làm cho m t ph n ng hóa h c có th x y ra. Nh v y, khi nhi t đ nâng lên t T1 đ n T2 vi c t ng t c đ ph n ng ch y u là k t quá c a vi c t ng s phân t đ c ho t hóa, t c b ph n có đ c n ng l ng c n thi t cho s ho t hóa.

Khi ph n ng x y ra, có đ s phân t v i múc n ng l ng c n thi t đ tr nên ho t đ ng và tham gia tr ng thái trung chuy n, t i đó chúng phân hóa thành s n ph m.N ng l ng c n đ đ t tr ng thái trung chuy n, hay tr ng thái ho t hóa là n ng l ng ho t hóa (Ea). m t ph n ng có th x y ra, m c n ng l ng c a các ch t ph n ng ph i l n h n c a s n ph m. T ng bi n thiên n ng l ng c a m t ph n ng là m c chênh l ch gi a m c n ng l ng c a A và B Enzyme, c ng nh m i ch t xúc tác, làm t ng t c đ c a các ph n ng hóa h c b ng cách làm gi n n ng l ng ho t hóa c a ph n ng đ c hi u nh ta có th th y trong các hình b và c

154

Trong hình trên thì (a) phân b n ng l ng c a m t t p đoàn phân t nhi t đ T1 và T2 cao h n.M i tên ch m c n ng l ng t i thi u c n thi t đ các phân t tham gia ph n ng. T i T1 ph n ng không x y ra, nh ng T2 ph n ng đ c th c hi n.(b) ng n ng c a t p đoàn các phân t c ch t nhi t đ T1 các m i tên ch các m c n ng l ng c n thi t đ x y ra ph n ng khi v ng m t và khi có enzyme. C n chú ý r ng khi không có enzyme thì ph n ng không x y ra, còn khi có m t enzyme ph n ng có th đ c th c hi n mà không c n thay đ i nhi t đ .(c) Bi n thiên n ng l ng c a ph n ng không có enzyme xúc tác và có enzyme xúc tác A B. Trong ph n ng không có enzyme xúc tác, m c n ng l ng c a A c n đ c nâng lên đ đ ho t hóa các phân t c a A và đ a chúng lên tr ng thái trung chuy n A.B*,t i đó nó có thê ph n ng v i B. N ng l ng c n đ mang các phân t lên tr ng thái trung chuy n đ c g i là n ng l ng ho t hóa Ea. M c chênh l ch gi a các m c n ng l ng c a A và c a A.B* đ c ch b ng 1. Trong ph n ng có xúc tác Ea c n đ t o ra các ph c h ho t đ ng ES đ c ch b ng 2 th p h n nhi u so v i 1 c a quá trình không xúc tác. S chênh l ch gi a các m c n ng l ng gi a A và B (s 3) là nh nhau trong c 2 ph n ng có xúc tác c ng nh không xúc tác.

4.3.10. B n ch t hóa h c c a enzyme T g n m t th k tr c đây, các nhà khoa h c đã đ xô vào vi c xác đ nh b n ch t hóa h c c a enzyme. Cho đ n nay, có th nói r ng, ngoài nhóm nh phân t RNA có ho t tính xúc tác, tuy t đ i đa s enzyme có b n ch t là protein và s th hi n ho t tính xúc tác ph thu c vào c u trúc b c 1, 2, 3 và 4 c a phân t protein và tr ng thái t nhiên c a chúng.

Th c t là b n ch t hóa h c c a enzyme ch đ c xác đ nh đúng đ n t sau khi k t tinh đ c enzyme. Enzyme đ u tiên nh n đ c d ng tinh th là urease c a đ u t ng (Sumner, 1926), ti p theo là pepsin và trypsin (Northrop và Kunitz, 1930, 1931). Sau đó nh ng nhà nghiên c u khác c ng đã k t tinh đ c m t s enzyme khác và có đ b ng ch ng xác nh n các tinh th protein nh n đ c chính là các enzyme.

K t qu nghiên c u tính ch t hóa lý c a enzyme đã cho th y enzyme có t t c các thu c tính hóa h c c a các ch t protein v hình d ng phân t : đa s enzyme có d ng hình c u (d ng h t). T l gi a tr c dài và tr c ng n c a phân t vào kho ng 1 - 2 ho c 4 - 6.

V kh i l ng phân t : các enzyme có kh i l ng phân t l n, thayđ i r t r ng t 12000 dalton đ n 1.000.000 dalton ho c l n h n. Ví d : Ribonuclease có kh i l ng phân t là 12700, glutamatdehydrogenase có kh i l ng phân t là 1.000.000. a s enzyme có kh il ng phân t t 20.000 đ n 90.000 ho c vài tr m nghìn.

Do kích th c phân t l n, các enzyme không đi qua đ c màng bán th m. Enzyme tan trong n c, khi tan t o thành dung d ch keo; chúng c ng tan trong dung d ch mu i loãng, glycerin và các dung môi h u c có c c khác. Enzyme không b n và d dàng b bi n tính d i tác d ng c a nhi t đ cao.Enzyme b bi n tính thì m t kh n ng xúc tác.M c đ gi m ho t tính c a enzyme t ng ng v i m c đ bi n tính c a protein trong ch ph m.

Ki m, acid m nh, kim lo i n ng c ng làm cho enzyme bi n tính. C ng nh protein, enzyme c ng có tính ch t l ng tính.

4.3.11. Thành ph n c u t o c a enzyme C ng nh protein, enzyme có th là protein đ n gi n ho c protein ph c t p. Trên c s đó, ng i ta th ng phân enzyme thành hai nhóm: enzyme m t thành ph n (enzyme m t c u t ) và enzyme hai thành ph n(enzyme hai c u t ). Tr ng h p enzyme là m t protein đ n gi n g i là enzyme m t thành ph n. Tr ng h p enzyme là

155

m t protein ph c t p ngh a là ngoài protein đ n gi n còn có m t nhóm ngo i nào đó không ph i protein g i là enzyme hai thành ph n.

Ph n protein c a enzym hai thanh ph n d c g i là apoprotein hay apoenzym, còn ph n không ph i protein g i là nhóm ngo i ho c coenzyme.Ph n không ph i protein th ng là nh ng ch t h u c đ c hi u có th g n ch t vào ph n protein ho c có th ch liên k t l ng l o và có th tách kh i ph n protein khi cho th m tích qua màng.Coenzyme là ph n không ph i protein c a enzyme trong tr ng h p khi nó d tách kh i ph n apoenzyme khi cho th m tích qua màng bán th m và có th t n t i đ c l p. Ph n không ph i protein c a enzyme đ c g i là nhóm ngo i hay nhóm prosthetic, khi nó liên k t ch t ch v i ph n protein c a enzyme b ng liên k t đ ng hóa tr . M t ph c h p hoàn ch nh g m c apoenzyme và coenzyme đ c g i là holoenzyme.M t coenzyme khi k t h p v i các apoenzyme t o thành các holoenzyme khác nhau xúc tác cho quá trìnhchuy n hóa các ch t khác nhau nh ng gi ng nhau v ki u ph n ng.Coenzyme tr c ti p tham gia ph n ng xúc tác, gi vai trò quy t đ nh ki u ph n ng mà enzyme xúc tác và làm t ng đ b n c a apoenzyme đ i v i các y u t gây bi n tính.Còn apoenzyme có tác d ng nâng cao ho t tínhxúc tác c a coenzyme và quy t đ nh tính đ c hi u c a enzyme. Các coenzyme th ng là các d n xu t c a các vitamin hòa tan trong n c. C n chú ý là s phân bi t coenzyme và nhóm ngo i ch là t ng đ i, vì khó có th có m t tiêu chu n th t rành m ch đ phân bi t “liên k t ch t ch ” và “liên k t không ch t ch ”, nh t là trong nh ng n m g n đây, ng i ta đã ch ng minh r ng, nhi u coenzyme c ng k t h p vào apoenzyme c a chúng b ng liên k t đ ng hóa tr . Do đó, ngày nay ng i ta ít chú ý đ n s phân bi t coenzyme và nhóm ngo i.

Ngoài ra, trong thành ph n c u t o, r t nhi u enzyme có ch a kim lo i. Thu c lo i enzyme hai thành ph n g m có h u h t các enzyme c a các l p 1, 2, 4, 5, 6. Các enzyme th y phân (l p 3) th ng là enzyme m t thành ph n có ch a ion kim lo i ho c đòi h i ion kim lo i làm cofactor (đ ng y u t ).

4.3.12. C u trúc b c 4 c a enzyme: Trong nhi u tr ng h p, các chu i polypeptide có c u trúc b c ba có th k t h p v i nhau t o thành phân t enzyme có c u trúc b c b n.Nh v y c u trúc b c b n là cách s p x p đ c tr ng trong không gian c a các chu i polypeptide riêng bi t trong phân t enzyme. n nay ng i ta đã xác đ nh r ng s l n các enzyme trong t bào đ u có c u trúc b c b n. Các enzyme có c u trúc b c b n là enzyme olygomer và polymer do nhi u đ n v nh c u t o nên, m i đ n v nh là do m t chu i polypeptide. Các đ n v nh trong m t phâm t enzyme có th gi ng nhau, nh ng c ng có th khác nhau trong m t v c u t o và ch c n ng, ho c c ng có th m t s gi ng nhau, m t s khác nhau. Nh ng enzyme do nhi u đ n v nh c u t o nên còn đ c g i là các enzympolymer và các đ n v nh đ c g i là polymer (các đ n v nh còn đ c g i là các màn ho c ti u ph n d i đ n v ) So v i các enzyme monomer, các enzyme có c u trúc b c b n có nh ng đi m sai khác sau đây: -

Có tr ng l ng phân t t ng đ i l n, vào kho ng h n 100.000 Phân t th ng ch a m t vài trung tâm ho t đ ng, có khi có đ n 3,4 trung tâm ho t đ ng.

Kh n ng t ng tác c a m t trung tâm ho t đ ng v i c ch t s ph thu c vào tr ng thái ch c n ng c a các trung tâm ho t đ ng khác.Trong m t sô tr ng h p, m i ti u ph n có m t trung tâm ho t đ ng nh ng s t ng tác gi a các ti u ph n s nh h ng đ n c u hình không gian c a trung tâm ho t đ ng trên m i ti u ph n, do đó nh h ng đ n ho t

156

đ ng xúc tác c a enzyme. Trong m t s tr ng h p khác, các nhóm đ nh ch c c a trung tâm ho t đ ng l i n m trên các ti u ph n khác nhau,do đó ho t đ ng c a enzyme ch th hi n khi có s k t h p đúng đ n gi a các ti u ph n. Nh v y, enzyme có c u trúc b c b n có tính t ch c c a m t h th ng h p tác cao.

Là đi u ki n c n thi t đ xu t hi n tính ch t allosteric c a enzyme.C n nói thêm r ng, enzyme allosteric (enzyme d l p th , d không gian) là enzyme mà ch t trao đ i có th làm nh h ng ( c ch ho c ho t hóa) lên tác d ng c a chúng. Hình nh hi n t ng d l p th (allosteric) b t đ u x y ra tr c h t các enzyme đ c xây d ng nên t m t s ti u đ n v vì hi u ng d l p th có nh h ng đ n đ b n c a liên k t gi a các ti u đ n v này 4.3.13. nh h

ng c a các y u t đ n đ b n c a enzym

4.3.13.1. Nhi t đ Trong ph m vi lý h c, t c đ ph n ng c a ph n ng t ng lên cùng v i s t ng nhi t đ . Nh ng khi v t quá ph m vi nào đó, các ph n ng ng đ c enzyme xúc tác b nh h ng do s bi n tính c a phân t protin-enzym. K t qu này ph thu c vào nhi t đ t i thích c a enzyme, là nhi t đ c c đ i.

M i enzyme có nhi t đ t i thích khác nhau. S khác nhau này tùy thu c vào ngu n g c c a các enyme, tùy theo t ng đi u ki n ho c t ng s khác nhau v tính nh y c m v i nhi t đ c a phân t protin-enzym. a s enzyme m t ho t tinh xúc tác nhi t đ cao ( >800C), tr papin, myokinase có th t n t i 1000C. H ng s cân b ng c a m i ph n ng hóa h c c ng nh t c đ c a ph n ng ph thu c nhi u vào nhi t đ . Các ph n ng enzyme c ng không là ngo i l nh h ng c a nhi t đ lên h ng s cân b ng c a m t ph n ng hóa h c đ c mô t b ng ph ng trình Van’t Hoff: H RT Trong đó H là nhi t l ng c a ph n ng tính b ng calo/mol, R là h ng s khí b ng 1,98cal/mol/oC và T là nhi t l ng tuy t đ i.C là m t h ng s h p nh t (intergration constant).T ph ng trình này có th th y đ th c a logK đ i v i 1/T là m t đ ng th ng. nghiêng c a đ ng th ng này là /2,3R. nh h ng c a nhi t đ lên t c đ c a m t ph n ng đ c mô t b ng ph ng trình Arrhenius 2,3logK = C

E RT Ph ng trình này mô t quan h c a h ng s t c đ k c a ph n ng T, E, Ea (n ng l ng ho t hóa tính b ng calo/mol) và h ng s B bi u hi n đ nh l ng t ng s va ch m và yêu c u đ nh h ng đ c hi u gi a các phân t va ch m.

2,3logK = B

4.3.13.2.

nh h

ng c a pH

M i enzyme đ u có tr s pH t i thích nào đó đ i v i ho t tính c a chúng. ph m vi c a tr s ho t tính c a enzyme đ u b gi m th p.

ngoài

N u m t enzyme đ i h i m t nhóm acide protein hóa cho ho t đ ng c a mình thì enzyme đó có th có ho t tính cao nh t t i các giá tr pH th p h n pK cua3 nhóm đó, ng c l i, n u c n d ng phân ly c a m t acide thì ho t tính cao nh t s th hiên t i các giá tr pH cao h n pK c a nhóm đó. Thông th ng có hai nhóm acide phân ly tr lên tham gia t i trung tâm ho t đ ng và đ ng cong ho t tính theo pH s ph n ánh s ph thu c vào m i

157

nhóm. Trên th c t , nghiên c u nh h ng c a pH đ i v i t c đ ph n ng có th giúp xúc đ nh các nhóm acid t i trung tâm ho t đ ng m c dù c ng c n c nh ng thông tin khác.

Nh ng nguyên nhân d n t i s ph thu c vào pH c a enzyme : N u trong s các nhóm bên tham gia tr c ti p trong s ho t đ ng c a enzyme ch a nhóm có kh n ng phân ly pH đã nh h ng t i các nhóm phân ly khác c a protin-enzym v n có tác d ng trong vi c duy trì c u hình ho t tính c a enzyme S thay đ i pH c a môi tr ng có th nh h ng t i các nhóm phân ly c a c ch t hay c a coenzyme v n đ c k t h p v i enzyme 4.3.13.3.

nh h

ng c a ch t ho t hóa và ch t kìm hãm enzyme

Nh ng ch t nào có kh n ng làm t ng ho t tính xúc tác c a enzyme thì đ c g i là ch t ho t hóa enzyme. Các ch t đó th ng là các ion kim lo i nh : K+, Na+, Mg2+, Co2+, Zn2+, Mn2+,…Mg2+ l m t ng ho t tính phosphatase, Ca2+ làm t ng ho t tính lipase S ho t đ ng c a các enzyme đ u có th b kìm hãm b i các tác đ ng gây bi n tính protein. Ng i ta phân bi t các hình th c kìm hãm enzyme và phân bi t các ch t kìm hãm enzyme nh sau: -

Ch t kìm hãm chung: các ch t này kìm hãm ho t tính xúc tác c a t t c các enzyme.

Các ch t này là các mu i kim lo i n ng, ch t tinnin Ch t kìm hãm riêng: có tác d ng kìm hãm m t hay nhóm enzyme có c u t o g n gi ng nhau N ng đ c ch t và n ng đ enzyme:Khi môi tr ng có đ y đ c ch t thì t c đ ph n ng t l thu n v i enzyme. Khi n ng đ c ch t th p, không đ đ lôi kéo t t c l ng enzyme vào ph n ng thì t c đ ph n ng t ng t l thu n v i n ng đ ch t.

T c đ ph n ng đ t t i đa khi t t c enzyme đ u k t h p vào c ch t

4.3.14.

ng h c c a ph n ng enzyme hai c ch t:

a s enzyme có nhi u h n m t c ch t và xúc tác các ph n ng có d ng + + . Các ph n ng này d n đ n s hình thành các ph c h enzyme – c ch t gi ng nh các ph n ng m t c ch t và đ ng h c c a chúng có th đ c dùng đ thu nh n Km đ i v i m i c ch t đ c đo b ng phân tích đ c a t c đ ban đ u khi thay đ i n ng đ c a c ch t này và gi nguyên n ng đ bão hòa c a c ch t kia.

Ph ng trình đ ng h c c a ph n ng hai c ch t t ng t nh ph ng trình Michelis – Menten cho phép hi u m t cách sây s c c ch chung c a các ph n ng lo i này và xúc đ nh giá tr c a các h ng s đ ng h c nh Km và Vmax. Nh ng ph ng trình này r t ph c t p nên không đ c p đ đây.Tuy nhiên, s r t b ích n u xem xét các c ch khác nhau là c ch thay th kép (double displacement mechanism) và c ch liên t c (sequental mechanism).

Trong c ch thay th kép đ i v i ph n ng + + , m t c ch t (A) g n v i enzyme đ t o ra ph c h EA. E và A sau ph n ng đ t o ra ph c h m i FC và sau đó m t s n ph n (C) đ c gi i phóng đ t o ra ph c h trung gian enzyme – c ch t F khác v i E. S n ph m trung gian F sau đó ph n ng v i c ch t th hai (B) đ t o ph c h enzyme – c ch t FB. Ph c h này s t o ra s n ph m th hai D và khôi ph c enzyme E. C ch t này có th đ c mô t m t cách khái quát d ng s đ sau đây:

158

A, B, C, D là ch t ph n ng và s n ph m, E là enzyme, F là d ng trung gian c a enzyme. C ch này còn đ c g i là c ch t ping-pong.Ph n ng chuy n hóa amin – hóa b ng enzyme glutamic – aspartic aminotransferase là m t ví d v c ch này.

C ch liên t c có hai ho i: lo i tr t t và lo i tùy ti n. Ng c v i c ch ping-pong, trong c ch liên t c t t c các c ch t có th k t h p đ t o ra m t ph c h ba thành ph n tr c khi s n ph m hình thành. Các c ch đ ng h c ph c t p h n lôi cu n ba và th m chí b n c ch t tham gia ph n ng. Chúng có th thu c c ch liên t c ho c c ch ping – pong ho c là s ph i h p c a hai c ch .

4.3.15. Ho t hóa enzyme: Nhi u enzyme đ th hi n ho t tính c a mình, c n ph i có s h tr c a m t s y u t khác nhau, trong đó m i enzyme đ c ho t hóa b ng m t con đ ng nh t đ nh.B n ki u ho t hóa khác nhau đ c mô t . M t s enzyme, ví d pepsinogen, trysinogen… đ c ho t hóa b ng cách c t b m t đo n oligopeptide kh i phân t proenzyme (1) M s enzyme khác đ c ho t hóa b ng cách hình thành c u disulfide, ví d

ribonuclease (2), ho c b ng cách t o ph c v i ion kim lo i (3). Ki u ho t hóa th t đ c tr ng cho các enzyme d l p th , đ c th c hi n b ng cách thay đ i c u hình không gian c a enzyme nh m t effector đ ng tính đ c hi u (4) 4.3.16. C ch làm t ng t c đ ph n ng c a enzyme: V n t c ph n ng hóa h c đ c xác đ nh b i giá tr n ng l ng ho t hóa t c là n ng l ng các ch t tham gia ph n ng ph i đ t đ c đ c t đ t liên k t c n thi t và hình thành các liên k t m i. Ki u t ng t c này đ c gi i thích b ng l i l c a ph n ng hóa h c x y ra

159

khi c ch t t ng tác v i enzyme. Các c ch t này rõ ràng có m i quan h đ c hi u v i c ch t.

Ví d , b t platin là m t ch t xúc tác hóa h c đ c s d ng r ng rãi. Vì các ch t tham gia ph n ng trên b m t platin đ u đ c chuy n sang tr ng thái có kh n ng ph n ng cao h n. Do v y n ng l ng ho t hóa s nh h n và t c đ ph n ng cao h n 4.3.17.1. T ng t c đ ph n ng và tính đ c hi u c ch t: Các ph n ng hóa h c x y ra trong quá trình xúc tác enzyme c ng gi ng nh trong các ph n ng hóa h c h u c . Tuy nhiên, khía c nh đ c hi u c a tác d ng enzyme là tính đ c hi u c ch t và tính ch t c a nhi u enzyme cho th y n ng l ng liên k t đ c hi u c a các t ng tác nhi u thành ph n v n x y ra gi a các nhóm b sung trong c ch t và trong trung tâm ho t đ ng đ c s d ng đ cung c p đ ng l c cho xúc tác đóng góp m t ph n quan tr ng trong vi c gi m n ng l ng ho t hóa c a ph n ng, và nh v y làm cho t c đ c a t t c các ph n ng enzyme t ng lên đáng k . i u này đ c bi u hi n nhi u enzyme, nh ng gây n t ng nh t là phosphoglucomutase xúc tác ph n ng thu n ngh ch sau: Ph n ng này ch xãy ra khi có m t Mg2+ và glucoso-1.6-diphosphate; d ng trung gian enzyme phosphoryl-hoa đ c hình thành, trong đó nhóm phosphate trên g c serine duy nh t c a enzyme trao đ i v i các c ch t và v i glucoso-1,6-diphosphate:

4.3.17.2. S phù h p c m ng và xúc tác enzyme: Ng i ta cho r ng nhi u enzyme khi không có m t c ch t t n t i d ng không ho t đ ng và không ph i t t c các nhóm trong trung tâm ho t đ ng đ u đ nh h ng đúng trong không gian đ t ng tác v i nhóm b sung c a c ch t. Tuy nhiên, s k t h p c a c ch t đ c hi u s d n đ n s bi n đ i hình d ng trong enzyme, trong đó các nhóm c a trung tâm ho t đ ng s b d ch đ n các v trí c n đê s xúc tác có th đ c th c hi n.Nh ng bi n đ i hình d ng đ c c m ng b i c ch t nh v y g i là s phù h p c m ng c a tác d ng enzyme. Ng i ta công nh n r ng s phù h p c m ng có th làm thay đ i t c đ c a m t s ph n ng enzyme nh ng trên quy mô t ng t c toàn b thì m c đ th p h n các c ch khác.

4.3.17.3. C ch ti p c n: nâng cao t c đ m t ph n ng đ c nâng cao nh t đó kéo hai phân t ph n ng l i g n nhau trong trung tâm ho t đ ng ho t đ ng.các phân t sau khi đ c kéo l i g n nhau s đ c đ nh h ng m t cách đúng đ n và ch ti p c n nhau làm cho n ng đ hi u l c tr nên l n h n so v i dung d ch loãng. Do các l c liên k t m nh và đa d ng gi a c ch t và c u trúc c a trung tâm ho t đ ng, enzyme có th làm t ng kh n ng đ hai c ch t ti n l i g n nhau và th c hi n ph n ng và bi n m t m t cách có hi u quá ph n ng hai phân t thành m t phân t (n i phân t ).

4.3.17. Các nhóm enzyme: 4.3.17.1. Transferase: -

Nhóm enzyme transferase đ c chia làm 8 phân nhóm: Enzyme xúc tác v n chuy n các nhóm methyl, carbocyl, formyl); Enzyme v n chuy n các g c aldehyde và cetone

160

-

Các acytransferase v n chuy n các g c acid, ví d acetyl ho c suxinyl HCOOC-CH2CH2-CO-; Các enzyme thu c nhóm glycosytransferase Các transferase v n chuy n các ch c r u Các transferase v n chuy n các nhóm ch a nit (amin, amide, oximine) Các transferase v n chuy n các nhóm ch a photpho Các transferase v n chuy n các nhóm ch a l u hu nh

M i nhóm này tùy thu c vào b n ch t hóa h c c a nhóm đ c v n chuy n s đ c chia thành các nhóm nh h n.Các phân nhóm transferase khác nhau có các coenzyme khác nhau. M c dù nhóm transferase t p h p các enzyme v n chuy n m t nhóm hóa h c nào đó t phân t này đ n phân t khác nh ng ph thu c vào b n ch t hóa h c c a nhóm đ c v n chuy n mà b n ch t hóa h c c a coenzyme khác nhau 4.3.17.2. Hydrolase: Tính ch t chung c a nhóm này là xúc tác các ph n ng th y phân t c phân gi i các h p ch t ph c t p v i s tham gia c a n c thành nh ng h p ch t đ n gi n h n.

Hydrolase đ c chia thành 11 phân nhóm: Enzyme phân gi i các liên k t ester Enzyme phân gi i các liên k t glycoside Enzyme phân gi i các liên k t eter Enzyme phân gi i các liên k t peptide Enzyme phân gi i các liên k t C-N không ph i peptide, ví d các amide Enzyme phân gi i các liên k t anhydride acid Enzyme phân gi i các liên k t C-C Enzyme phân gi i các liên k t haloid – r u Enzyme phân gi i các liên k t P-N Enzyme phân gi i các liên k t S-N Enzyme phân gi i các liên k t C-P Phân nhóm enzyme này r t đ c quan tâm do ý ngh a th c t c a chúng đ c bi t là kh n ng s d ng chúng trong n n kinh t qu c dân.

4.3.17.3. Liase: -

Nhóm liase bao g m g m 7 phân nhóm sau đây: Các enzyme xúc tác các ph n ng c t các liên k t gi a các nguyên t carbon; Các enzyme xúc tác các ph n ng c t các liên k t gi a các nguyên t carbon và oxy; Các enzyme xúc tác các ph n ng c t các liên k t gi a các nguyên t carbon và l u hu nh; Các enzyme xúc tác các ph n ng c t các liên k t gi a các nguyên t carbon và haloid; Các enzyme xúc tác các ph n ng c t các liên k t gi a các nguyên t photpho và oxy Các liase khác

4.3.17.4. Isomerase -

Nhóm isomarase bao g m 6 phân nhóm: Rasemase và epymerase; Cis-trans-isomerase Oxydoreductase m t phân t Transferase m t phân t

161

-

Liase m t phân t Các isomerase khác.

Các enzyme thu c nhóm 1 g m các enzyme xúc tác quá trình đ ng phân hóa aminoacid, glucid và các d n xu t c a chúng. i di n đi n hình c a phân nhóm này là alaninerasemase xúc tác quá trình t ng h gi a L-và D-alanine, lactaterrasemasse xúc tác quá trình chuy n hóa t ng h gi a L- và D-acid lactic và UDP-glucose-4epimerase xúc tác chuy n hóa t ng h gi a UDP-glucose và UDP-galactose. i di n cho phân nhóm 2 là maleinate isomerase xúc tác s chuy n hóa t ng h gi a acid fumaric và acid maleic. i di n cho phân nhóm 3 là triophosphate isomerase xúc tác s chuy n hóa t ng h gi a D-glyceraldehyde-3-phosphate và dioxyacetonphosphate.

Phân nhóm th t bao g m các enzyme xúc tác ph n ng transferase n i phân t .Trong đó các đ i di n cho nhóm này có th k đ n methylaspartatemutase và S-methylmalonyl-CoAmutase.

4.3.17.5. Ligase (synthetase): Nhóm này đ c chia làm 5 phân nhóm: Ligase t o liên k t C-O Ligase t o liên k t C-S Ligase t o liên k t C-N Ligase t o liên k t C-C Ligase t o liên k t phosphodiester Thu c phân nhóm 1 là t t c các enzyme aminoacyl-tARNsyntase Thu c phân nhóm 2 có 13 enzyme xúc tác s dung n p các acyl khác nhau, ví d acetul ho c suxinyl vào coenzyme -

4.3.18. M t s ví d

ng d ng c a xúc tác sinh h c

Enzyme đ c xem nh là m t k thu t quan tr ng c a công ngh sinh h c do có các ch c n ng: Enzyme là ch t xúc tác cho m i bi n đ i v t ch t trong công ngh sinh h c.

Enzyme và nhi u ho t ch t sinh h c khác là s n ph m c a công ngh sinh h c. Chúng có th dùng là công c m i c a công ngh sinh h c, hay s d ng trong các lãnh v c khác.

Enzyme đ c xem là thu c th có tính chuyên hóa cao mà không có enzyme các quá trình công ngh sinh h c không th t i u hóa đ c Hi n nay, vi c s n xu t ch ph m enzyme các lo i đã đ c và đang phát tri n m nh m trên qui mô công nghi p. Th c t đã có hàng nghìn ch ph n enzyme bán trên th tr ng th gi i, các ch ph m này đã đ c khai thác và tinh ch theo tiêu chu n công nghi p và ng d ng. Các ch ph m enzyme ph bi nh amylase, protease, catalase, cellulase, lipase, glucoseoxydase…

Ch ph m enzyme không ch đ c ng d ng trong y h c mà còn đ c ng d ng trong nhi u lãnh v c công nghi p khác nhau, trong nông nghi p, trong hóa h c…”ý ngh a c a vi c s d ng enzyme trong các lãnh v c th c t không kém so v i ý ngh a c a vi c s d ng n ng l ng nguyên t ”.

4.3.18.1. Trong công nghi p d t Trong công nghi p d t, ng i ta th ng s d ng enzyme amylase c a vi khu n đ t y tinh b t và làm cho v i m m.Trong v i thô th ng ch a kh ang 5% tinh b t và các t p ch t

162

khác. Do đó, khi s d ng ch ph m enzym amylase c a vi khu n v i s t t h n. Ng i ta th ng s d ng l ng ch ph m amylase kh ang 0,3-0,6 g/ldung d ch và th i gian x lý 515 phút nhi t đ 900C.Tuy nhiên ngoài ch ph m enzym amylase có ngu n g c t vi khu n, hi n nay ng i ta đã quan tâm đ n vi c s d ng amylase t n m s i.Cho đ n nay có r tnhi u n c đã s d ng enzym trong công nghi p d t đ t ng kh n ng c nh tranh các hàng v i, s i. Các n c s d ng l ng enzym amylase nhi u nh t trong l nh v c này là M , Nh t, Pháp, Ðan M ch. Ngoài ra, enzyme amylase c ng đ c nghiên c u ng d ng r ng rãi trong s n xu t đ ng b t, s n xu t dextrin, maltodextrin, nha glucose, siro, glucose – fructose,s n xu t t ng và n c ch m … quy mô công nghi p.

4.3.18.2.

ng d ng amylase trong s n xu t c n

Ð s n xu t c n t ngu n nguyên li u tinh b t, m i n c s d ng các lo i nguyên li u khác nhau.Ví d , M ng i ta s d ng nguyên li u t b t ngô đ s n xu t c n, còn Brazin l i s d ng khoai mì, các n c khác s d ng g o ho c t m t g o. Qúa trình s n xu t c n tr i qua hai giai đ an: giai đ an đ ng hóa và giai đ an r u hóa. Giai đ an đ ng hóa, ng i ta b t bu c ph i s d ng enzym amylase ( không th s d ng ph ng pháp th y phân tinh b t b ng acid ). Ng i Nh t đã bi t s d ng enzym c a n m m c trong quá trình đ ng hóa đ s n xu t r u Sake t cách đây h n 1700 n m.Ng i Trung Qu c thì đã s d ng nhi u lo i n m m c đ đ ng hóa r u trong s n xu t r u cách đây 4000 n m. Còn ng i Vi t Nam đã bi t s n xu t r u t g o cách đây hàng ngàn n m.Riêng M , mãi đ n th k XIX, khi Takamine ng i Nh t đ a n m m cAspergillus sang m i bi t s d ng enzym này thay amylase c a malt đ s n xu t c n. Chính vì th m i có ph ng pháp Micomalt (m m m c) trong s n xu t c n và r u.Nh s du nh p k thu t này t Nh t mà ng i M ti t ki m đ c m t kh i l ng malt kh ng l trong s n xu t r u.Giai đ an r u hóa, nh n m men Saccharomyces cerevisiae, c ng có th xem đây là m t quá trình áp d ng enzym.Qúa trình r u hóa là quá trình h t s c ph c t p, tr i qua r t nhi u giai đo n chuy n hóa t đ ng thành c n nh s tham gia c a nhi u enzym khác nhau.Ði m khác v i enzym amylase là ch các enzym tham gia quá trình r u hóa n m trong t bào n m men. Vi c đi u khi n các quá trình chuy n hóa b i enzym trong t bào th c ch t là quá trình trao đ i ch t c a n m men trong môi tr ng ch a đ ng 4.3.18.3. Th c n gia súc Trong ch bi n th c n gia súc, thành ph n ng c c chi m m t kh i l ng r t l n.

Trong kh i l ng này, thành ph n tinh b t r t cao.Ð t ng hi u su t s d ng n ng l ng t ngu n tinh b t, ng i ta th ng cho thêm enzym amylase vào. Enzymamylase s tham gia phân gi i tinh b t t o thành đ ng, giúp cho quá trình chuy n hóa tinh b t t t h n 4.3.18.4. Ch t t y r a Protease là m t trong nh ng thành ph n không th thi u trong t t c các lo i ch t t y r a, t ch t t y r a dùng trong gia đình đ n nh ng ch t làm s ch kính ho c r ng gi và kem đánh r ng. Vi c ng d ng enzyme vào các ch t t y r a nhi u nh t là trong b t gi t. Các protease thích h p đ b sung vào ch t t y r a th ng có tính đ c hi u c ch t r ng đ d dàng lo i b các v t b n do th c n, máu và các ch t do c th con ng i ti t ra. M t tiêu chu n quan tr ng khác c a các protease dùng trong ch t t y r a là ho t đ ng t t trong đi u ki n nhi t đ và pH cao c ng nh ph i thích h p v i các tác nhân oxy hóa và các ch t kìm hãm có trong thành ph n c a ch t t y r a. Và tham s đóng vai trò chìa khóa cho vi c b sung protease

163

nào vào ch t t y r a là pI c a chúng. M t protease phù h p khi pI c a nó trùng v i pH c a dung d ch ch t t y r a. Subtilisin đáp ng đ c đ y đ nh ng yêu c u kh t khe trên.

Ch t t y r a đ u tiên có ch a enzyme vi khu n đ c s n xu t vào n m 1956 v i tên BIO-40. n n m 1963, Novo Industry A/S đã gi i thi u alcalase d i tên th ng m i là BIOTEX đ c chi t xu t t B. licheniformis. Và đ n g n đây, t t c các protease b sung vào ch t t y dùng trên th tr ng đ u là serine protease đ c s n xu t t các ch ng Bacillus (Rao et al., 1998; Thangam and S., 2002), và ch y u là t B. subtilis. Trên th gi i, m i n m ng i ta đã s d ng 89% enzyme này cho ngành công nghi p t y r a. Trong đó hai công ty l n là Novo Nordisk và Genencor Internatinal m i n m đã cung c p cho toàn c u h n 95% l ng enzyme protease (Gupta et al., 2002) 4.3.18.5. Công nghi p thu c da Quá trình ch bi n da bao g m m t s công đo n nh ngâm t, t y lông, làm m m da và thu c da.Thông th ng các ph ng pháp thu c da th ng dùng các hóa ch t đ c h i nh natri sulfide, làm nh h ng r t nghiêm tr ng đ n môi tr ng khi n c th i c a nhà máy này th i ra sông.Vi c s d ng enzyme đ thay th các hóa ch t đã r t thành công trong vi c nâng cao ch t l ng da và làm gi m ô nhi m môi tr ng. Protein là m t thành ph n c b n c a da và lông nên protease đã đ c s d ng đ th y phân m t s thành ph n phi collagen c a da và lo i b các protein phi fibrin nh albumin, globulin trong quá trình thu c da r t có hi u qu .

Th c t cho th y khi x lý da b ng ch ph m protease t vi sinh v t có th rút ng n th i gian làm m m và tách lông xu ng nhi u l n. i u quan tr ng là ch t l ng lo6g t t h n khi c t. So v i ph ng pháp hóa h c thì vi c x lý b ng enzyme có s l ng lông t ng 20 – 30%. Lông không c n x lý thêm sau khi ngân trong d ch enzyme.

4.3.18.6.

ng d ng c a enzyme amylase trong vi c t y màu gi y

Enzyme -amylase có kh n ng thúc đ y quy trình kh m c t t. Chúng b gãy các m ch tinh b t trên m t gi y, kéo theo s làm long các phân t mang màu bám trên đó, t o thu n l i cho quá trình tuy n n i kh m c.

Nguyên li u: gi y photocopy, gi y v n phòng lo i, gi y in b ng m c laser m t m t có gia keo tinh b t.Quy trình x lý: bao g m các b c ngâm và x lý gi y lo i b ng enzyme -amylase t i nhi t đ th ng. X lý c hóa nhi t: đánh t i có pha tr n hóa ch t và gia nhi t, t i đi u ki n nhi t đ , pha loãng và tuy n n i, r a và cô đ c, thành ph m. Hóa ch t s d ng: enzyme -amylase, NaOH công nghi p, Na2SiO3, H2O2, ch t ho t tính b m t, ch t t o b t, d u béo.

Hi u qu so v i m u đ i ch ng không s d ng enzyme -amylase: th i gian gi m 30%, m c dùng các lo i hóa ch t gi m 10 - 35% tùy theo t ng lo i, gi m nhi u nh t là m c dùng NaOH (gi m 35%), đ tr ng c a b t sau kh m c t ng 2,7 - 3,0% ISO, đ dài đ t t ng 1,5%, đ ch u g p (đôi l n) t ng 14% và đ ch u xé t ng 28% . tr ng cu i cùng đ t t i đa 87,0% ISO 4.3.18.7. Trong phân tích hóa sinh: -

Glucoamylase g n đ ng hóa tr v i polystyrol đ c dùng đ xác đ nh t đ ng glucose i n c c ureasse c đ nh dùng đ xác đ nh t đ ng urea trên dòng liên t c. i n c c alcoholoxydoreductase c đ nh đ c dùng đ xác đ nh methanol, ethanol trong dung d ch n c.

164

-

C đ nh enzyme t o kh n ng nghiên c u hàng lo t các v n đ lý thuy t c a enzyme h c.

Cho đ n nay, vi c ng d ng enzyme trong hóa h c là do enzyme có c m ng cao đ i v i nhi t đ , pH và nh ng thay đ i khác c a môi tr ng. M t trong nh ng ng d ng ch ph m enzyme đáng đ c chú ý nh t trong th i gian g n đây là dùng ch t mang đ g n ph c enzyme xúc tác chp ph n ng nhi u b c. Ví d t ng h p glutathion, acid béo, alcaloid, s n xu t hormone… C ng b ng cách t o ph c, ng i ta g n vi sinh v t đ s d ng trong công ngh x lý nuo7c11 th i, s n xu t alcohol, amino acid…Trong nghiên c u c u trúc hóa h c, ng i ta c ng s d ng enzyme, ví d dùng protease đ nghiên c u c u trúc protein, dùng endonuclease đ nghiên c u c u trúc nucleic acid… Dùng làm thu c th trong hóa phân tích.

4.3.18.8. Trong y d

c:

Enzyme có m t v trí quan tr ng trong y h c. c bi t là các ph ng pháp đ nh l ng và đ nh tính enzyme trong hóa h c lâm sàng và phòng thì nghi n chu n đoán. Do đó, hi n nay trong y h c đã xu t hi n lãnh v c m i g i là chu n đoán enzyme, có nhi m v : Phân tích xác đ nh n ng đ c ch t nh glucose, ure, cholesterol…v i s h tr c a enzyme.

Xác đ nh hóa tính xác tác c a enzyme trong m sinh v t.

Xác đ nh n ng đ c ch t v i s h tr c a thu c th enzyme đánh d u.

Dùng enzyme đ đ nh l ng các ch t, ph c v công vi c xét nghi m chu n đoán b nh, ví d dùng đ ki m tra glucose n c ti u r t nh y.

Ure đ đ nh l ng ure…

Dùng enzyme làm thu c nh protease làm thu c t c ngh n tim m ch, tiêu m v t th ng, làm thông đ ng hô h p, ch ng viêm, làm thu c t ng tiêu hóa protein, thành ph n các lo i thu c dùng da li u và m ph m… Trong y h c các protease c ng đ c dùng đ s n xu t môi tr ng dinh d ng đ nuôi c y vi sinh v t s n xu t kháng sinh, ch t kháng đ c…Ngoài ra ng i ta còn dùng enzyme protease đ cô đ c và tinh ch các huy t thanh kháng đ c đ ch a b nh.

Amylase đ c s d ng ph i h p v i coenzyme A, cytocrom C, ATP, cacboxylase đ ch thu c đi u tr b nh tim m ch, b nh th n kinh, ph i h p enzyme th y phâ đ ch a b nh thi u enzyme tiêu hóa.

4.3.18.9. Trong th c ph m Protease v i công nghi p th c ph m: Vi c s d ng trong ch bi nlàm m m th t là ng d ng có tính truy n th ng. Nhân dân ta t r t lâu đã dùng th m đ n u canh th t bò; dùng rau s ng là chu i chát, v k t h p th c n nhi u th t; đu đ trong ch ng táo bón…mà th c ch t là s d ng papain, bromelain, fixin.

Ng i Nga còn dùng protease t h t đ u t ng n y m m đ làm m m th t.

Ngoài kh n ng phân gi i đ làm m m th t, t o th c n d tiêu hóa, công ngh s n xu t các lo i d ch th y phân giàu protein đ. đ c áp d ng m t cách có hi u qu tính n ng c a protease. Enzyme là m t công c đ ch bi n các ph li u c a công nghi p th c ph m thành th c n cho ng i và v t nuôi.Ng i ta còn khai thác tính đông t nh c a renin, pepsin vào côngnghi p th c ph m nh trong s n xu t phomat.

Pectinase v i công nghi p th c ph m: Pectinase đã đ c dùng trong m t s ngành công nghi p th c ph m sau:

165

-

-

S n xu t r u vang.

S n xu t n c qu và n c u ng không có r u.

S n xu t các m t hàng t qu : qu cô đ c, m t.

S n xu t n c gi i khát.

S n xu t cà phê.

Ch ph m pectinase đ c s d ng trong s n xu t n c qu t các nguyên li u qu nghi n hay đ làm trong n c qu ép. B i vì khi có pectin thì kh i qu nghi n s có tr ng thái keo, do đó khi ép d ch qu không thóat ra đ c. Nh pectinase mà n c qu trong su t, d l c, hi u su t t ng.

Pectinase c.n góp ph n chi t rút các ch t màu, tanin và các ch t hòa tan khác, do đó làm t ng ch t l ng c a thành ph m.

Nh ng nghiên c u khi ép nho có x lýb ng pectinase không nh ng làm t ng hi u su t mà còn làm t ng màu s c.

Trong s n xu t m t nh , m t đông… nh pectinase mà d ch qu có n ng đ đ m đ c h n.

Cellulase v i công nghi p th c ph m: Cellulose là thành ph n c b n c a t bào th c v t, vì v y nó có m t trong m i lo i rau qu c ng nh trong các nguyên li u, ph li u c a các ngành tr ng tr t và lâm nghi p.

Ng i và đ ng v t không có kh n ng phân gi i cellulose. Nó ch có giá tr làm t ng tiêu hóa, nh ng v i l ng l n nó tr nên vô ích hay c ntr tiêu hóa.

-

Ch ph m cellulase th ng dùng đ : T ng ch t l ng th c ph m và th c n gia súc.

T ng hi u su t trích ly các ch t t nguyên li u th c v t.

ng d ng tr c tiên c a cellulase đ i v i ch bi n th c ph m là dùng nó đ t ng đ h p thu, nâng cao ph m ch t v v và làm m m nhi u lo i th c ph m th c v t. c bi t là đ i v i th c n cho tr con và nói chung ch t l ng th c ph m đ c t ng lên. M t s n c đã dùng cellulase đ x lýcác lo i rau qu nh b p c i,hành, cà r t, khoai tây, táo và l ng th c nh g o. Ng i ta c n x lý c chè, các lo i t o bi n…Trong s n xu t bia, d i tác d ng c a cellulase hay ph c h citase trong đó có cellulase, thành t bào c a h t đ i m ch b phá h y t o đi u ki n t t cho tác đ ng c a protease và đ ng hóa.

Trong s n xu t agar-agar, tác d ng c a ch ph m cellulase s làm t ngch t l ng agar-agar h n so v i ph ng pháp dùng acid đ phá v thành t bào. t bi t là vi c s d ng ch ph m cellulase đ t n thu các ph li u th c v t đem th y phân, dùng làm th c n gia súc và công ngh lên men.

4.3.18.10. ng d ng trong nông nghi p: Có th s d ng các lo i ch ph m enzyme khác nhau đ chuy n hóa các ph li u, nông nghi p, đ c bi t là các ph li u nông nghi p c i t o đ t ph c v nông nghi p. Nh t h ng n m đã s n xu t hàng v n t n ch ph m cellulase các lo i đ dùng trong nông nghi p.Có ch ph m ch a c cellulase, hemicellulase, protease và amylase. Công ngh này khá ph bi n nhi u qu c gia. n c ta vi c dùng enzyme vi sinh v t góp ph n trong s n xu t phân h u c đang đ c khai thác đ thay th cho phân hóa h c.

166

TÀI LI U THAM KH O [1]. James clark and duncan macquarrie, Handbook of green chemistry and technology , Chapter 9: Biocatalysis, Blackwell Science, 188 - 202 (2012) [2]. Francesca M. Kerton, Alternative Solvents for Green Chemistry, The Royal Society of Chemistry (RSC) Publishing, (2009) [3]. Georgios D. Stefanidis, Alexander Navarrete Munoz, Guido S.J. Sturm and Andrzej Stankiewicz, A helicopter view of microwave application to chemical processes: reactions, separations, and equipment concepts, Review Chemical Engineering, (Rev Chem Eng) 30(3), 233–259 (2014) [4]. T.J. Mason, J.P. Lorimer, General principles, ch ng Applied Sonochemistry: The uses of power ultrasound in chemistry and processing, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, 25-59 (2002).

[5]. A. Henglein, Sonochemistry - Historical developments and modern aspects, Ultrasonics, 25, 6-16 (1987).

[6]. T. J. Mason, J. P. Lorimer, Ultrasonics ch ng Sonochemistry: Theory, applications and uses of ultrasound in chemistry, Ellis Horwood Publishers, Chichester, 1988, 116.

[7]. M. Ashokkumarb, J. Leeb, S. Kentisha, F. Grieser, Bubbles in an acoustic field: An overview, Ultrasonics Sonochemistry, 14 (4), 470-475 (2007).

[8]. A. Henglein, Sonochemistry: Historical developments and modern aspects, Ultrasonics, 25, 6-16 (1987).

[9]. G. Cravotto, P. Cintas, Power ultrasound in organic synthesis: moving cavitational chemistry from academia to innovative and large-scale applications, Chemical Society Reviews, 35,180-196 (2006).

[10]. M.E. Fitzgerald, V. Griffing, J. Sullivan, Chemical effects of ultrasonic - "Hot Spot" chemistry”, The Journal of Chemical Physics, 25 (5), 926-934 (1956).

[11]. A. Weisslier, Sonochemistry: The production of chemical changes with sound waves, The journal of the acoustical society of America, 25 (4), 651-657 (1953).

[12]. J.H. Todd, Measurement of chemical activity of ultrasonic cavitation in aqueous solutions, Ultrasonics, October, 234-238, (1970).

[13]. T.G. Leighton, What is ultrasound?, Progress in Biophysics and Molecular Biology, 93, 3-83 (2007).

[14]. P.R. Gogate, A.B. Pandit, Engineering desing method for cavitational reactors: I. sonochemical reactors, American Institute of Chemical Engineers (AIChE), 46 (2), 372-379 (2000).

[15]. P.R. Gogate, Cavitational reactors for process intensification of chemical processing applications: A critical review, Chemical Engineering and Processing, 47, 515-527 (2008).

[16]. K.S. Suslick, D.A. Hammerton, The site of sonochemical reactions, Ieee transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, UFFC-33 (2), 143-147 (1986).

[17]. V. Naddeoa, V. Belgiornoa, R.M. A. Napoli, Behaviour of natural organic mater during ultrasonic irradiation, Desalination, 210, 175–182 (2007).

[18]. T.J. Mason, J.P. Lorimer, Synthesic trong Applied Sonochemistry: The uses of power ultrasound in chemistry and processing, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, 75-130 (2002).

167

[19]. J. Berlan, T.J. Mason, Sonochemistry: from research laboratories to industrial plants, Ultrasonics, 30 (4), 203-212 (1992).

[20]. A. Henglein, Chemical effects of continuous and pulsed ultrasound in aqueous solutions, Ultrasonics Sonochemistry, 2 (2), S 115-S121 (1995).

[21]. G. Cravotto, P. Cintas, Power ultrasound in organic synthesis: moving cavitational chemistry from academia to innovative and large-scale applications, Chemical Society Reviews, 35, 180-196 (2006).

[22]. Y. Peng, G. Song, Simultaneous microwave and ultrasound irradiation: a rapid synthesis of hydrazides, Green Chemistry, 3, 302-304 (2001).

[23]. J. Berlan, T.J. Mason, Sonochemistry: from research laboratories to industrial plants, Ultrasonics, 30 (4), 203-212 (1992).

[24]. T.J.Mason, Industrial sonochemistry: potential and practicality, Ultrasonics, 30 (3), 192-196 (1992).

[25]. Mukesh Doble and Anil Kumar Kruthiventi, Green Chemistry and Engineering, Elsevier, 53 – 104 (2007).

[26]. Vivek Polshettiwar and Rajender S. Varma, Aqueous Microwave Assisted Chemistry: Synthesis and Catalysis, Chapter 1: Fundamentals of Aqueous Microwave Chemistry, The Royal Society of Chemistry (RSC) Publishing, 1 – 10 (2009) [27]. James H. Clark, Catalysis for green chemistry, Pure Appl. Chem., 73(1), 103–111 (2001) [28]. Paul T. Anastas and John C. Warner, Green Chemistry: Theory and Practice, Chapter 4, 5 and 7, Oxford University Press, (2000) [29]. Athanasios Valavanidis and Thomais Vlachogianni, Green chemistry And green engineering From Theory to Practice for the Protection of the Environment and Sustainable Development, Chapter 4 and Chapter 5, Synchrona Themata, Athens, (2012)

GHI CHÚ

........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................

168

........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................