De doelstelling van deze masterproef was het vinden van een materiaal waarmee uitgeloogd Pd kan worden herwonnen en hergebruikt. Er zullen verschillende aspecten worden besproken die aan dit onderwerp zijn gelinkt en die zorgen voor duurzamer proces.
Indien er een materiaal wordt gevonden dat als drager van Pd in de heterogene katalyse dienst kan doen en daarnaast ook uitgeloogd Pd kan adsorberen, kan op deze manier de reactor worden gemoderniseerd van de in de industrie tot nog toe vaak gebruikte batchreactor naar een omkeerstroomreactor. In een omkeerstroomreactor wordt de reactie op een continue manier bedreven en dit zou een veel milieuvriendelijkere en efficiëntere manier zijn voor het synthetiseren van een koppelingsproduct. Continue processen leveren vaak betere opbrengsten en kwaliteit van het reactieproduct, lagere gebruikte hoeveelheid katalysator, solvent en andere chemicaliën, minder extreme reactiecondities, verhoogde veiligheid en makkelijkere opschaling. [79] Dit zijn redenen waarom deze masterproef past binnen de Sustainable Development Goal (kortweg SDG) “Industrie, innovatie en infrastructuur”. Een van de doelstellingen hieromtrent is tegen 2030 de infrastructuur te moderniseren en industrieën aan te passen om hen duurzaam te maken. Hierbij ligt de focus op een grotere doeltreffendheid bij het gebruik van hulpbronnen en van schonere en milieuvriendelijke technologieën en industriële processen, waarbij alle landen de nodige actie ondernemen volgens hun eigen respectieve mogelijkheden. Indien het beladen adsorbens moet worden behandeld met
bijvoorbeeld NaBH4 zoals het geval is bij het gebruik van thiolgroepen gebonden door TiO2
(Hoofdstuk 3.4.2), wordt het hergebruik van geadsorbeerd Pd veel minder duurzaam. De productie van NaBH4 is namelijk een erg energie-intensief proces. Onder de infrastructuur van de Suzuki-reactie
valt de reactor waarin deze reactie wordt uitgevoerd.
De katalysator kan worden aanzien als hulpbron, het is namelijk niet de bedoeling dat deze in het reactieproduct terechtkomt. Indien de doelstelling van deze masterproef wordt behaald, zal dit leiden tot zowel een grotere doeltreffendheid van deze hulpbron als een schoner en
milieuvriendelijker proces. Indien met dezelfde hoeveelheid katalysator een grotere hoeveelheid reagentia kunnen worden omgezet omdat deze katalysator nu kan worden hergebruikt, is deze dus doeltreffender. Daar tegenover staat dat een andere hulpbron, het zeoliet, wordt ingezet voor het herwinnen van de katalysator. Indien de katalysator kan worden herwonnen, zal deze niet in een processtroom achterblijven die moet worden afgevoerd en wordt dus vermeden dat deze in het milieu terecht komt. Door een heterogene katalysator te gebruiken zijn ook geen liganden als hulpproduct nodig. Zeolieten zijn niet acuut toxisch en niet irriterend buiten aan de ogen en slijmvliezen, maar vooral de inademing van stof afkomstig van vezelige zeolieten kan leiden tot bindweefselvorming in de longen. [80, 81] Bij gebruik als adsorbens na een Suzuki-reactie wordt normaal geen stof gevormd en is het gebruik van het zeoliet dus veilig.
Bij de SDG “Industrie, innovatie en infrastructuur” wordt ook vermeld dat het de bedoeling is dat een land actie onderneemt volgens zijn eigen mogelijkheden. België heeft kwalitatief hoogstaand
80 van processen. De Universiteit Gent investeerde tijd en middelen in een onderzoek waarvan niet op voorhand geweten is of deze investeringen ook bruikbare resultaten zullen opleveren. In minder ontwikkelde landen bestaat de kans dat deze investeringen niet kunnen worden gedaan.
Omschakelen van een batch- naar continue reactor bevordert de reductie van de koolstofvoetafdruk. Dit komt door een lager verbruik van chemicaliën, water en energie. 50 vol% van het solvent dat wordt gebruikt om de Suzuki-reacties in deze masterproef uit te voeren, is organisch. Wanneer minder solvent benodigd is, wordt dus ook op deze manier de koolstofvoetafdruk verlaagd. Het solventverbruik in continue reactoren ligt lager dan in batchreactoren en dit heeft twee oorzaken. Een eerste oorzaak is het feit dat continue reactoren doorgaans bij hogere concentraties aan reagentia worden bedreven. Zo is minder solvent nodig voor eenzelfde hoeveelheid reactieproduct. Daarnaast is de hoeveelheid solvent nodig voor het spoelen van de reactor lager, door het lager interne volume van continue reactoren in vergelijking met batchreactoren. [79] Door al deze factoren waardoor de koolstofvoetafdruk wordt verlaagd bij gebruik van een continue reactor, draagt deze masterproef bij aan de SDG “Klimaatactie”. Dit is een SDG waarbij wordt opgeroepen actie te ondernemen om de klimaatverandering en haar impact te bestrijden. De koolstofvoetafdruk omvat alle broeikasgasemissies die wereldwijd ontstaan als gevolg van de consumptie en wanneer de broeikasgasemissies worden verlaagd, zal de impact van de Suzuki-reactie op het klimaat verlagen. Het herwinnen van de katalysator draagt bij tot een milieuvriendelijk beheer van chemicaliën en van alle afval gedurende hun hele levenscyclus. Hoe meer Pd kan worden hergebruikt, des te minder Pd als afval zal moeten worden verwerkt. Daarom past deze masterproef ook binnen de SDG
“Verantwoorde consumptie en productie”. Palladium wordt meestal beschouwd als een
nevenproduct tijdens het delven van platina of nikkel. Door de steeds stijgende vraag naar palladium, vooral vanuit de automobielsector, is de prijs de laatste tien jaar zowat vervijfvoudigd en is het nu duurder dan bijvoorbeeld goud. Het is dus in de producenten hun eigen voordeel dat ze zo veel mogelijk hergebruiken en zo weinig mogelijk Pd verbruiken. Indien producenten hier geen rekening mee houden kan dit ook een negatieve impact hebben op hun eigen bedrijf. Onverantwoord verbruik van Pd zal er namelijk voor zorgen de het schaarser wordt en de prijs bijgevolg verder stijgt. Een producent die nu al inzet op het hergebruik van Pd kan op die manier al een voorsprong nemen op vlak van technologische en praktische kennis in het hergebruik van Pd. De meerkosten die het binden van Pd op een heterogene drager met zich mee brengen kunnen op deze manier worden
verantwoord.
Indien de doelstelling van deze masterproef wordt behaald en de Suzuki-reactie kan worden bedreven in een omkeerstroomreactor, wordt het Pd nog in de reactor zelf herwonnen. Dit wil zeggen dat zuiveringsstappen later in het proces minder en liefst zo weinig mogelijk Pd te verwerken krijgen. Op deze manier wordt de kans op een ongecontroleerde lozing van Pd verkleind. Hiertoe zal wel steeds een controle van het reactoreffluent nodig zijn, want een probleem met het adsorbens kan er voor zorgen dat ongewoon veel Pd in het effluent aanwezig is. Indien dit niet wordt
81 koppelingsproduct na reactie is opgelost terechtkomen en zo ook in het milieu terechtkomen. Dit veroorzaakt allicht geen grote natuurramp, aangezien Pd wordt aanzien als een materiaal met een beperkte impact op het milieu. In sommige bodems is het in lage hoeveelheden aanwezig en de bladeren van bomen kunnen er 0,4 ppm van bevatten. Sommige planten, zoals de waterhyacint, sterven door contact met lage hoeveelheden palladiumzouten, maar de meeste kunnen er tegen. Testen tonen echter aan dat de groei wordt aangetast door contact met meer dan 3 ppm aan Pd. [82] Het is daarom belangrijk dat ongecontroleerde lozingen in het milieu worden vermeden. Dit sluit aan bij de SDG “Schoon water en sanitair”. Een van de bijbehorende doelstellingen is de
waterkwaliteit verbeteren door verontreiniging te beperken, de lozing van gevaarlijke chemicaliën en materialen een halt toe te roepen en de uitstoot ervan tot een minimum te beperken waarbij ook het aandeel van onbehandeld afvalwater wordt gehalveerd en recyclage en veilig hergebruik wereldwijd aanzienlijk worden verhoogd.
De Suzuki-reactie kan worden gebruikt in de synthese van mogelijke geneesmiddelen voor een chronisch obstructieve longziekte, astma, reumatoïde artritis, psoriasis, de ziekte van Crohn, een gegeneraliseerde angststoornis en osteoporose. Daarnaast kan deze reactie worden gebruikt bij de synthese van antidepressiva, pijnstillers en middelen in de behandeling van tumoren en obesitas. [83] Indien het hergebruik van het Pd in de Suzuki-reactie mogelijk wordt, wordt deze reactie mogelijk nog interessanter in de synthese van moleculen gebruikt in de farmaceutische industrie. Daarom draagt deze masterproef indirect ook bij aan de SDG “Goede gezondheid en welzijn”. Het gaat hier dan om het behandelen van ziektes, maar ook tot het helpen omgaan met moeilijk behandelbare ziektes en verlichten van de symptomen. Een doelstelling die onder deze SDG valt, is zorgen voor de toegang tot veilige, doeltreffende, kwaliteitsvolle en betaalbare essentiële
geneesmiddelen voor iedereen. Het verminderen van de hoeveelheid Pd in het koppelingsproduct en bijgevolg ook het medicijn draagt bij aan het aspect van veiligheid. Wanneer Pd kan worden
herwonnen, draagt dit ook bij aan de betaalbaarheid van deze geneesmiddelen. Stel namelijk dat er een schaarste aan Pd optreedt, zullen producenten die Pd hergebruiken minder nieuw Pd moeten aankopen en zal de kost van het productieproces minder stijgen dan wanneer het Pd niet wordt hergebruikt en dus telkens vers Pd moet worden aangekocht. Dit zal dan uiteraard ook zijn invloed hebben op de kostprijs van het eindproduct.
Deze duurzaamheidsreflectie werd opgebouwd aan de hand van de Sustainable Development Goals (SDGs) opgesteld door de Verenigde Naties. Deze werden in 2015 gepubliceerd en vormen tot het jaar 2030 een actieplan met economische, sociale en ecologische aspecten. Er zijn 17 SDGs die 169 doelstellingen omvatten en voortbouwen op de Millennium Development Goals. Het is de bedoeling dat deze principes overal ter wereld worden toegepast. De SDG’s kunnen worden opgedeeld in vijf thema’s, namelijk mensen, planeet, welvaart, vrede en partnerschap. Indien alle doelstellingen worden behaald, wil dit zeggen dat er een einde is gemaakt aan armoede, de planeet beschermd is en alle mensen vrede en welzijn ervaren. De SDG’s die van toepassing zijn op deze masterproef zijn, “Industrie, innovatie en infrastructuur”, “Klimaatactie”, “Verantwoorde consumptie en productie”, “Schoon water en sanitair” en ten slotte “Goede gezondheid en welzijn”.
82