20.4 Química verde y sostenibilidad

La química verde, también conocida como química sostenible, es una rama de la ciencia que busca diseñar productos y procesos químicos que reduzcan o eliminen el uso y la generación de sustancias peligrosas. Su origen se remonta a finales de la década de 1990, cuando Paul Anastas y John Warner formularon los 12 principios de la química verde (Anastas Warner, 1998). Desde entonces, este paradigma ha adquirido relevancia internacional tanto en la academia como en la industria, impulsando un cambio de enfoque hacia modelos más responsables con el medio ambiente y la salud humana.

Orígenes históricos y evolución del concepto

El término “química verde” fue acuñado formalmente en 1991, tras la publicación del libro Green Chemistry: Theory and Practice (1998) por Paul Anastas y John Warner. Sin embargo, las raíces de su filosofía se remontan a iniciativas medioambientales de las décadas de 1960 y 1970, cuando la creciente preocupación por la contaminación llevó a la creación de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) en 1970.

A lo largo de los años 1980 y 1990, la industria química comenzó a adoptar programas de reducción de residuos y control de emisiones. Pero fue en 1995 cuando la EPA inició el Green Chemistry Program, dirigido por Anastas, para fomentar proyectos que aplicaran los principios de la química verde en laboratorios e instalaciones industriales. Para el año 2000, se habían publicado más de 300 proyectos financiados, lo que demostró un creciente interés global por la sostenibilidad química.

Los 12 principios de la química verde

Los 12 principios de la química verde sirven como marco conceptual para orientar el diseño de procesos menos contaminantes:

Ejemplos emblemáticos de química verde

Desde su formulación, la química verde ha dado lugar a numerosas innovaciones prácticas. A continuación se describen algunos casos representativos:

• Síntesis de ibuprofeno de GSK (1992): Tradicionalmente, la fabricación de ibuprofeno implicaba seis pasos y generaba hasta 40 kg de residuos por cada kilogramo de producto. En 1992, GlaxoSmithKline introdujo un proceso en tres etapas basado en catálisis metálica en fase heterogénea, reduciendo los residuos a menos de 2 kg/kg. Este ejemplo ha servido como referente de eficiencia atómica y prevención de desechos.
• Uso de supercritical CO₂ como solvente: A partir de la década de 2000, la extracción con dióxido de carbono supercrítico se empleó en la industria alimentaria y farmacéutica para reemplazar solventes orgánicos volátiles. El CO₂ supercrítico es no tóxico, no inflamable y se recupera fácilmente, reduciendo emisiones y residuos.
• Ionic liquids como disolventes más seguros (2005): El desarrollo de líquidos iónicos (sales líquidas a temperatura ambiente) ha permitido disoluciones estables de catalizadores y reactivos, minimizando la volatilidad y toxicidad asociada a disolventes tradicionales. En 2010, 25 patentes vinculadas a aplicaciones de líquidos iónicos fueron aprobadas en Europa.
• Biocatálisis en la síntesis farmacéutica (2012): Empresas como Novozymes y Codexis introdujeron enzimas diseñadas por evolución dirigida para procesos de alta selectividad. Por ejemplo, la fabricación de una impureza óptica específica en la producción de estatinas se optimizó con una lipasa mutante, aumentando el rendimiento de 60% a 95%.

Medición de la sostenibilidad: herramientas y normativas

Para evaluar la huella ambiental de un proceso químico se ha desarrollado la evaluación del ciclo de vida (LCA, por sus siglas en inglés). Esta metodología cuantifica el impacto desde la obtención de materias primas hasta el tratamiento de residuos.

• En 2004, la ISO publicó la norma ISO 14040 sobre Principios y Marco para LCA.
• Entre 2011 y 2016, la Unión Europea financió proyectos SusChem para integrar la LCA en la investigación académica y en pymes químicas.

Además, a nivel regulatorio, el Reglamento REACH de la UE (2007) obliga a las empresas a registrar y evaluar la seguridad de sus sustancias químicas. Esto ha impulsado la sustitución de compuestos peligrosos por alternativas más seguras.

Casos relevantes en la industria nacional e internacional

1. DSM (Países Bajos): En 1998, la firma obtuvo la enzima glucosa isomerasa más resistente para la producción de jarabe de fructosa. Gracias a esta mejora, se redujo el consumo energético en un 20% y se optimizó el rendimiento en un 15%.
2. Arkema (Francia, 2010): Desarrollo de resinas epoxi basadas en biomasa de soja que redujeron la huella de carbono de sus productos en un 40% respecto a los epoxi petroquímicos tradicionales.
3. Bio-On (Italia, 2014): Producción de bioplásticos PHA derivados de residuos agrícolas mediante fermentación bacteriana. En 2018, se alcanzó una capacidad de 5.000 toneladas anuales y se certificó la biodegradabilidad en 90 días en compost industrial.
4. Tecnoquímica (España, 2016): Implantación de reactores de lecho fluido para la deshidratación de etanol a etileno, con recuperación energética de vapores que permitió reducir el consumo de gas natural un 30%.

Logros cuantitativos y tendencias recientes

Los datos reflejan un fuerte crecimiento en la investigación y adopción de estrategias de química verde:

• Entre 2000 y 2020, el número de publicaciones sobre “green chemistry” en bases de datos como Scopus aumentó un 600%.
• Las inversiones en proyectos de I   D en química sostenible en la Unión Europea superaron los 1.200 millones de euros en el periodo 2014–2020.
• En 2022, más de 50 universidades en América Latina cuentan con másteres o especializaciones en química verde y bioeconomía.

Perspectivas de futuro: hacia una economía circular

La sostenibilidad química se integra hoy en una visión más amplia de economía circular, donde los residuos de un proceso son materias primas para otro. Algunas líneas emergentes son:

• Reciclado químico de plásticos: Tecnologías de despolimerización para recuperar monómeros de PET y poliestireno, con pilotos operativos en Alemania (2019) y Japón (2021).
• Producción de productos químicos a partir de CO₂: Fotocatálisis y electrocatalizadores que convierten CO₂ en metanol y ácido fórmico. En 2023, la planta piloto de Carbon Recycling International en Islandia produjo 4.000 toneladas de metanol verde.
• Materiales bioinspirados: Síntesis de adhesivos y recubrimientos basados en polifenoles similares a los del mejillón (mussel-inspired chemistry), con propiedades biodegradables.

Conclusión

La química verde y la sostenibilidad han pasado de ser un ideal teórico a un componente esencial de la investigación y la industria química global. Desde la formulación de los 12 principios en 1998 hasta la actual orientación hacia la economía circular, este campo ha demostrado que es posible compatibilizar la productividad química con la protección del medio ambiente y la salud humana. Los ejemplos prácticos citados y los avances normativos y tecnológicos evidencian que la transición hacia procesos más limpios y eficientes es una realidad en constante expansión. El reto para las próximas décadas será consolidar estos logros y extenderlos a todos los sectores productivos, impulsando así un desarrollo verdaderamente sostenible a escala planetaria.

Libros recomendados sobre Química verde y sostenibilidad

1. Green Chemistry: Theory and Practice

   Autores: Paul T. Anastas y John C. Warner.

   Descripción: Obra fundacional que presenta los doce principios de la química verde y sienta las bases de un diseño químico más seguro y sostenible.

2. Green Chemistry and Engineering: A Practical Design Approach

   Autores: Concepción Jiménez-González y David J. C. Constable.

   Descripción: Texto práctico que combina teoría y casos reales, orientado al desarrollo de procesos industriales con menor impacto ambiental.

3. Foundations of Green Chemistry

   Autores: James H. Clark y Duncan J. Macquarrie.

   Descripción: Monografía que ahonda en los principios fundamentales de la química verde, su evolución histórica y sus aplicaciones en la industria.

4. Introduction to Green Chemistry

   Autor: Albert Matlack.

   Descripción: Manual de iniciación que cubre conceptos básicos, metodologías y ejemplos de laboratorio para estudiantes y profesionales.

5. Química verde y tecnologías sostenibles

   Autor: José L. Nájera.

   Descripción: Libro en español que integra aspectos teóricos y prácticos, con énfasis en la transición hacia procesos industriales sostenibles.

6. Sustainable Chemistry and Materials

   Autores: Christophe M. Auer y Petra Witte.

   Descripción: Colección de capítulos escritos por expertos sobre nuevas materias primas, catálisis verde y diseño de materiales eco-compatibles.