‘ग्रीन केमिस्ट्री’च्या दिशेने...

 

 

 

 

 

सतराव्या शतकाच्या उत्तरार्धात युरोपमध्ये रासायनिक क्रांतीला सुरुवात झाली. अर्थात त्या आधी अनेक वर्षांपूर्वीपासून विविध रसायने आणि त्यांचे उपयोग ज्ञात होतेच. सन १५५६ मध्ये धातुशुद्धीकरण शास्त्राचा जनक जॉर्ज अग्रीकोला याने ‘दी री मेटॅलिका’(लॅटिन नाव) हा धातुशुद्धीकरण शास्त्राविषयीचा लेख प्रसिद्ध केला, ज्यामध्ये अनेक रासायनिक प्रक्रियांचा समावेश होता. या घटनेनंतर रसायनशास्त्राच्या विकासाला गती मिळत गेली.

 

कोणत्याही क्रांतीला तीन पार्श्वभूमी असतात. सामाजिक, राजकीय आणि आर्थिक. रासायनिक क्रांतीचा विचार करता सामाजिक पार्श्वभूमी म्हणजे युरोपची वाढत चाललेली लोकसंख्या. सन १५५० मध्येे ४० लाख असलेल्या इंग्लंड आणि वेल्स प्रांताच्या लोकसंख्येने १८५० मध्ये १८० लाखांचा आकडा पार केला होता. इतर युरोपीय राष्ट्रांची लोकसंख्याही वेगाने वाढत होती. यामुळे, एवढ्या लोकसंख्येच्या अन्न, वस्त्र, निवारा आणि इतर जीवनावश्यक गरजांच्या पूर्ततेसाठी ही क्रांती वरदान ठरली. दुसरी गोष्ट म्हणजे राजकीय आणि आर्थिक पार्श्वभूमी. अगदी १७८९ ची फ्रेंच राज्यक्रांती ते १९३९-४५ चे दुसरे महायुद्ध या दरम्यानच्या सर्वच नागरी युद्धांमध्ये या क्रांतीची मुळे आहेत. राजकीय आणि आर्थिकदृष्ट्या प्रबळ होण्यासाठी कोणत्याही राष्ट्राकडे धातू, खनिजे, इंधन आणि मुख्य म्हणजे ऊर्जास्रोतांच्या वापरासाठी तंत्रज्ञान आवश्यक असते आणि याच काळात आधी रसायनशास्त्र आणि नंतर रासायनिक अभियांत्रिकीचा उदय होऊन रसायनयुगाचा प्रारंभ झाला. रॉबर्ट बॉइल (१६६१) ते आधुनिक रसायनशास्त्राचा जनक अँटोनी लॉरेंट लेविअर (१७७०) या शतकात विविध शास्त्रज्ञांनी या क्षेत्रात भरीव कामगिरी करत, आधी युरोप आणि नंतर अमेरिकेचा कायापालट केला. हा इतिहास नमूद करण्याचा उद्देश एवढाच की, रसायनशास्त्र आणि अभियांत्रिकी हे मानवाच्या विकासातील अविभाज्य घटक आहेत. अगदी पूर्वीपासून या शास्त्राने पर्यावरणाच्या हानीकडे दुर्लक्ष न करता, शाश्वत विकासासाठी प्रयत्न केले आहेत. म्हणूनच पर्यावरणरक्षण आणि शाश्वत विकासात रसायनशास्त्र आणि अभियांत्रिकीचे नेमके योगदान काय आहे हे काही उदाहरणांसह येथे मांडण्याचा प्रयत्न करीत आहे.

 

पहिले उदाहरण आहे 'King of chemicals' म्हणजे सल्फ्युरिक अॅसिडचे (H2SO4). सन १७३६ मध्ये जोसुआ वॉर्डने सल्फयुरिक अॅसिड तयार करण्याची एक पद्धती विकसित केली, परंतु मोठ्या प्रमाणात उत्पादन करण्यात ती उपयुक्त ठरली नाही. पुढे १७४६ मध्ये जॉन रेबकने ‘लीडचेंबर’ पद्धती विकसित केली. ती पुढे अनेक वर्षे टिकली, परंतु यातील ‘लीड’ चे पर्यावरणावरील दुष्परिणाम विचारात घेऊन, नवीन पद्धतीची गरज भासू लागली. पुढे गे ल्युसॅक ने त्यात बदल सुचविले, परंतु ती पद्धती पर्यावरणाला हानीकारकच ठरत होती. असे प्रयत्न चालू असताना १८३१ मध्ये ‘व्हिनेगर’ चा व्यापारी असलेल्या ‘परग्रेन फिलिप्स’ ने 'contact process' चा शोध लावला आणि आजही, म्हणजे जवळपास दोनशे वर्षे हीच पद्धती सर्वत्र वापरली जाते, जी अतिशय कमी प्रदूषणकारी आहे.

 

दुसरे उदाहरण आहे सोडा अॅश (सोडिअम कार्बोनेट)चे. पूर्वी ‘बरिल्ला’ वनस्पती जाळून, त्यापासून ‘सोडा अॅश’ तयार करीत. त्यामुळे अर्थातच अतिवृक्षतोडीमुळे बरिल्ला वनस्पती नामशेष होऊ लागली. सोडा अॅशचे उत्पादन घटले. याचा परिणाम काच, साबण आणि कापड उद्योगांवर होऊ लागला, कारण सोडा अॅश हे या उद्योगांसाठी आवश्यक रसायन होते. यावर उपाय म्हणून एकीकडे फ्रेंच राज्यक्रांती सुरू असताना १७९१ मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ ‘निकोलस लिब्लँक’ पुढे आला आणि सोडा अॅश उत्पादनाची पहिली रासायनिक पद्धती त्याने जगाला दिली, ती पद्धती म्हणजे ‘लिब्लँक प्रोसेस’. ही पद्धती वापरून मोठ्या प्रमाणात सोडा अॅश तयार होऊ लागले. परंतु यातून मोठ्या प्रमाणात हायड्रोक्लोरिक वायू बाहेर पडत होता, जो अतिशय प्रदूषणकारी होता. पुन्हा एकदा नवीन पद्धतीची गरज भासू लागली. या वेळेला सुद्धा १८११ मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ फ्रेसनेल पुढे आला. त्याने ‘अमोनिआ सोडा अॅश’ पद्धती विकसित केली, परंतु तीसुद्धा काही प्रमाणात प्रदूषणकारी होती. असे प्रयत्न चालू असताना 1861 मध्ये बेल्जिअमचा केमिस्ट असलेल्या अर्नेस्ट सॉल्व्हेने अनेक वर्षांच्या प्रयत्नांतून एक पद्धती विकसित केली, ज्यामधून पर्यावरणास हानिकारक असा एकही पदार्थ तयार होत नव्हता. ती पद्धती म्हणजे जगप्रसिद्ध ‘सॉल्व्हे प्रोसेस’ जी आज सर्वत्र वापरली जाते.अशी अनेक उदाहरणे देता येतील, पण एक गोष्ट प्रकर्षाने नमूद करतो, ती अशी की, युरोपात पर्यावरण रक्षणाचा पहिला कायदा संमत झाला, ते साल होते १८६३. वरील दोन्ही रसायनांच्या उत्पादन पद्धतीचा इतिहास पाहता हे सिद्ध होते की, पर्यावरणास हानी पोहोचू नये, म्हणून हा कायदा संमत होण्याआधीपासूनच या उत्पादन पद्धतीत वेळोवेळी बदल केले गेले होते.

 

या लेखाच्या दुसऱ्या भागात आज आपल्यासमोर असलेल्या पर्यावरणीय समस्या कोणत्या आणि त्या सोडविण्यासाठी रसायनशास्त्र आणि अभियांत्रिकी नेमके काय प्रयत्न करते आहे, ते पाहू. विद्यमान पर्यावरणीय समस्या सोडविण्यासाठी आणि शाश्वत विकास साधण्यासाठी रासायनिक अभियांत्रिकीचा वाटा नक्कीच महत्त्वाचा ठरणार आहे. १२ डिसेंबर २०१५ रोजी पॅरिस येथे ‘युनायटेड नेशन्स’ची वातावरणीय बदलांसंबधीची एक परिषद पार पडली. या परिषदेतील चर्चा झालेले दोन महत्त्वाचे मुद्दे म्हणजे कार्बन उत्सर्जन आणि जागतिक तपमान वाढ. याच परिषदेतील प्रा. स्टीफन सिमन यांचे भाषण पर्यावरण संरक्षणातील रसायनशास्त्र आणि अभियांत्रिकीचे महत्त्व स्पष्ट करते. या क्षेत्राची पर्यावरणरक्षणांसंबधी २१ व्या शतकात चालू असलेले काम पुढे प्रस्तुत करतो.

गेल्या दोन ते तीन दशकांपासून या क्षेत्रांत पर्यावरण रक्षणासाठी बरेच संशोधन चालू आहे. वायुप्रदूषणावर उपाय म्हणून वाहनांची इंजिने व त्यांच्या रचनेमध्ये मोठे बदल करण्यात आले आहेत, जेणेकरुन इंधनाची बचतही होईल आणि ज्वलनही योग्य प्रकारे होईल. catalytic converter हे त्याचे एक उदाहरण. या converter मुळे इंजिनमधून बाहेर पडणाऱ्या तीन मुख्य प्रदूषकांचे प्रमाण कमी करता आले. उत्पादन प्रक्रियेतून तयार होणारी वायू प्रदूषके कमी करण्यासाठी विशिष्ट उत्प्रेरके (catalytic) तयार करण्यात आली आहेत. पेट्रोलियम रिफायनरीमधे अनेक मोठे बदल घडवून आणले गेले असून, त्यामुळे अधिकाधिक स्वच्छ इंधन तयार करण्यात यश आले आहे. याचे उदाहरण म्हणजे पूर्वी या इंधनातील सल्फर वेगळा करण्याचे तंत्रज्ञान उपलब्ध नव्हते. त्यामुळे इंधनाच्या ज्वलनानंतर या सल्फरचे ऑक्साइड्स तयार होत, जे प्रदूषणकारी होते. परंतु आता desulfurization चे तंत्रज्ञान विकसित झाल्यामुळे हे प्रदूषण कमी होण्यास मदत झाली. औष्णिक ऊर्जा केंद्रांमध्येसुद्धा विविध तंत्रज्ञानांची भर पडल्याने त्यातून होणारे वायुप्रदूषण कमी झाले आहे. अर्थात, या सर्वच क्षेत्रांत अजूनही संशोधन सुरु आहे.

 

जलशुद्धीकरणासाठी तर रसायन, भौतिक आणि जीवशास्त्र या तीनही शाखा एकत्र येऊन तंत्रज्ञान विकसित करीत आहेत. आजमितीला आपल्याकडे 'फिल्ट्रेशन', 'सेंट्रीफ्युगेशन', 'मेंब्रेन सेपरेशन', 'डिस्टिलेशन', 'अॅडसॉर्पशन' आणि 'अॅडव्हान्स ऑक्सिडेशन' इ. अनेक तंत्रज्ञाने उपलब्ध आहेत. या तंत्रज्ञानामुळेच आज मोठमोठ्या शहरांत स्वच्छ आणि शुद्ध पाण्याचा पुरवठा करणे शक्य आहे. ‘रिव्हर्स ऑस्मॉसिस’ आणि ‘फॉरवर्ड ऑस्मॉसिस’ (RO & FO) यांनी तर या क्षेत्रात प्रचंड सुधारणा घडवून आणली आहे. या तंत्राचा वापर करून, सागरी भागांतील क्षारयुक्त पाणी शुद्ध करतानाच त्यापासून ऊर्जा मिळवता येईल का, असे प्रयत्नही चालू आहेत. अपारंपारिक ऊर्जा स्रोतांचेही अनेक पर्याय रासायनिक अभियांत्रिकीने उपलब्ध करून दिले आहेत. ‘मटेरिअल अॅण्ड एनर्जी सायन्सेस’ या शाखेने विविध नैसर्गिक आणि मानवनिर्मित पदार्थांचा वापर ऊर्जानिर्मिती आणि साठवण्यासाठी करून, पारंपरिक ऊर्जास्रोतांवरील आपले अवलंबित्व कमी केले आहे. याचे उदाहरण म्हणजे कार्बन या मूलद्रव्याचा वापर ऊर्जानिर्मिती आणि साठविण्यासाठी केला जात आहे. स्वच्छ इंधन म्हणून पाहिले जाणारे 'Nuclear' किंवा अणुऊर्जा हे सुद्धा या अभियांत्रिकीचेच अपत्य आहे. गेल्या दशकांपासून ‘बायोइंजिनिअरिंग’ हा सुद्धा स्वच्छ ऊर्जा पुरवणारे तंत्रज्ञान म्हणून पुढे येऊ लागले आहे. या ऊर्जेच्या वापरातून आपण कार्बन उत्सर्जन ५० टक्के कमी करू शकतो, हे प्रयोगांती सिद्ध झाले आहे.

 

कृषी आणि पशुपालन क्षेत्रात रासायनिक खतनिर्मिती आणि अन्नप्रक्रिया उद्योगांमधून जवळपास २५ टक्के हरितगृह वायू तयार होतात, जे तापमान वाढीला कारणीभूत आहेत. व्यावसायिक अभियांत्रिकीमुळे आज कृषिक्षेत्र अधिक कार्यक्षम होत आहे. आज अनेक खते ही कृषी क्षेत्रातीलच सेंद्रिय कचरा वापरून, कमीत कमी ऊर्जेत तयार करण्याचे प्रयत्न चालू आहेत, ज्यामुळे कृषिक्षेत्र स्वावलंबी आणि प्रदूषणमुक्त होऊ शकेल. इलेक्ट्रिक वाहनांच्या निर्मितीमध्येसुद्धा या क्षेत्राचा वाटा फार मोलाचा आहे. जास्तीत जास्त कार्यक्षमतेची, परंतु वजनाने हलकी आणि वापरण्यास सुलभ अशी बॅटरी तयार करण्याचे आव्हान असलेल्या या क्षेत्रात दररोज अनेक तंत्रज्ञानांची भर पडते आहे. या तंत्रज्ञाननिर्मितीचा वेग पाहता भौतिक आणि रसायनशास्त्रज्ञ काही वर्षात मोठ्या प्रमाणात अशी वाहने आपल्याला उपलब्ध करून देतील, यात शंका नाही.

 

आता पर्यावरणरक्षणात मुख्य भूमिका बजावणाऱ्या शाश्वत रसायनशास्त्राचे (ग्रीन केमिस्ट्री) योगदान थोडक्यात मांडतो. ‘ग्रीन केमिस्ट्री’ ही संकल्पना १९६२ मध्ये सर्वप्रथम रॅचेल कार्सन यांनी मांडली. यानंतर मोठ्या प्रमाणात सर्व रसायने व त्यांच्या उत्पादन प्रक्रियांचा पर्यावरणावर होणारा परिणाम तपासून घेतला गेला. एखादे रसायन किंवा प्रक्रिया पर्यावरणासाठी घातक ठरत असेल, तर ती पूर्णपणे बदलण्यासाठी संशोधन सुरू झाले. याचे उदाहरण म्हणजे वस्त्रोद्योग व नायलॉन उत्पादनात वापरले जाणारे ‘अॅडीपिक अॅसिड’. पूर्वी बेंझीनपासून अॅडीपिक अॅसिड तयार करताना मोठ्या प्रमाणात नायट्रोजन ऑक्साईड तयार होत होता. त्यामुळे वायुप्रदूषण होत होते. अॅडीपिक अॅसिडचे वार्षिक उत्पादन २० लाख किलो झाले आहे. यावरून त्यापासून होणाऱ्या प्रदूषणाचा अंदाज येईल. ग्रीन केमिस्ट्रीने त्यात बदल सुचवले व ही उत्पादन प्रक्रिया बदलली. नवीन प्रक्रियेत जैव उत्प्रेरके वापरली जात असल्याने कोणत्याही प्रकारचे प्रदूषणकारी वायू त्यातून बाहेर पडणे बंद झाले. हे संशोधन इतके महत्त्वाचे ठरले की, ते करणाऱ्या संशोधकाला १९९८ चा presidental Green process चा पुरस्कार देऊन गौरविण्यात आले.

 

रासायनिक अभियांत्रिकी क्षेत्रातून पर्यावरण रक्षणासाठी काम करणाऱ्या संशोधकांची यादी फारच मोठी आहे, परंतु काही महत्त्वाच्या शास्त्रज्ञांचा नामोल्लेख करतो. कॅलिफोर्निया विद्यापीठाचे जोसेफ डी सिमन यांनी केमिकल, एरोस्पेस, इलेक्ट्रॉनिक्स आणि पेट्रोलियम रिफायनरी क्षेत्रात पर्यावरणाबद्दल भरीव कामगिरी केली आहे. त्यांचे संशोधन मुख्यतः ‘ग्रीन केमिस्ट्री’संबंधी आहे. त्यानंतर वॉल्टर वेबर यांनी १९७२ मध्ये 'Activated Cartson Process' चा शोध लावला. त्यांचे जलशुद्धीकरणात फार मोठे योगदान आहे. Ralph Yang या मिशिगन युनिव्हर्सिटीच्या प्रोफेसरना 'Separation Process' च्या यशाबद्दल गौरविण्यात आले होते. त्यांचे संशोधन हे स्वच्छ इंधन तयार करण्यात महत्त्वाचे आहे. भारतीय शास्त्रज्ञांचेसुद्धा या संशोधनात योगदान आहे. त्यातील एक म्हणजे व्ही. रामनाथन यांना संयुक्त राष्ट्रांचा सर्वोत्कृष्ट पर्यावरणीय संशोधनाचा पुरस्कार २०१३ मध्ये मिळाला. त्यांचे संशोधन हे कार्बन उत्सर्जन प्रक्रियेशी संबंधित आहे.

 

सारांश इतकाच की, मानवी जीवन सुकर करण्यात, पर्यावरणाचे रक्षण करण्यात आणि शाश्वत विकास साधण्यात रसायनशास्त्र आणि रासायनिक अभियांत्रिकीचे योगदान फार मोठे आहे.