مقایسه مواد شیمیایی طبیعی و سنتزی؛ کدام بهتر است؟

مواد شیمیایی چه طبیعی و چه سنتزی هر دو نقش حیاتی و غیرقابل انکاری در زندگی مدرن ایفا می کنند. پاسخ به این سوال که کدام نوع از مواد شیمیایی “بهتر” است به سادگی قابل ارائه نیست و به طور قاطع نمی توان یک دسته را بر دیگری ترجیح داد. در واقع “بهتر بودن” یک ماده شیمیایی چه طبیعی و چه سنتزی کاملاً وابسته به کاربرد خاص الزامات فنی ملاحظات اقتصادی و زیست محیطی آن است. مواد طبیعی که ریشه در طبیعت دارند اغلب با جذابیت “سالم تر” و “سازگارتر با محیط زیست” همراه هستند در حالی که مواد سنتزی که در آزمایشگاه ها و کارخانه ها تولید می شوند به دلیل قابلیت تولید انبوه پایداری خواص و امکان طراحی برای کاربردهای خاص اهمیت ویژه ای دارند. برای درک بهتر و تصمیم گیری آگاهانه تر در مورد انتخاب بین این دو دسته لازم است تا به بررسی عمیق تر اصول عملکرد کاربردها مزایا و معایب هر کدام بپردازیم.

تعریف و عملکرد فنی مواد شیمیایی طبیعی و سنتزی

مواد شیمیایی به طور کلی به موادی اطلاق می شوند که از اتم ها و مولکول ها تشکیل شده اند و دارای ترکیبات شیمیایی مشخص و خواص فیزیکی و شیمیایی معینی هستند. تمایز اصلی بین مواد شیمیایی طبیعی و سنتزی در منشاء و روش تولید آن ها نهفته است.

مواد شیمیایی طبیعی موادی هستند که در طبیعت یافت می شوند و توسط موجودات زنده (گیاهان حیوانات میکروارگانیسم ها) یا فرآیندهای طبیعی زمین شناسی تولید می شوند. این مواد از طریق فرآیندهای استخراج جداسازی و خالص سازی از منابع طبیعی به دست می آیند. عملکرد فنی مواد طبیعی به ساختار مولکولی پیچیده و متنوع آن ها بازمی گردد که ناشی از فرآیندهای زیستی و تکاملی طولانی مدت است. برای مثال ترکیبات دارویی گیاهی مانند آلکالوئیدها فلاونوئیدها و ترپنوئیدها ساختارهای مولکولی پیچیده ای دارند که به آن ها خواص دارویی منحصربه فردی می بخشد. پروتئین ها و آنزیم های طبیعی نیز با ساختارهای سه بعدی پیچیده خود نقش های حیاتی در فرآیندهای زیستی و صنعتی ایفا می کنند. اصول عملکرد این مواد مبتنی بر برهم کنش های مولکولی خاص است که به واسطه شکل بار و توزیع الکترونی مولکول ها تعیین می شود.

مواد شیمیایی سنتزی موادی هستند که در آزمایشگاه ها و کارخانه ها از طریق واکنش های شیمیایی کنترل شده تولید می شوند. هدف از سنتز ایجاد مولکول هایی با خواص دلخواه برای کاربردهای مشخص است. عملکرد فنی مواد سنتزی به قابلیت طراحی و مهندسی ساختار مولکولی آن ها بر اساس اصول شیمی و مهندسی شیمی بازمی گردد. شیمیدانان سنتز با استفاده از دانش مکانیسم های واکنش ترمودینامیک شیمیایی و سینتیک شیمیایی مسیرهای سنتزی را طراحی می کنند که به تولید مواد با خلوص بالا و خواص مطلوب منجر شود. برای مثال پلیمرهای سنتزی مانند پلی اتیلن پلی پروپیلن و پلی وینیل کلراید (PVC) با تغییر ساختار زنجیره های پلیمری و افزودن مواد افزودنی خواص مکانیکی حرارتی و شیمیایی آن ها قابل تنظیم است. داروهای سنتزی نیز با طراحی دقیق ساختار مولکولی به منظور هدف قرار دادن گیرنده های خاص در بدن اثرات درمانی مورد نظر را ایجاد می کنند. اصول عملکرد این مواد نیز مبتنی بر برهم کنش های مولکولی است اما با این تفاوت که این برهم کنش ها به صورت هدفمند و بر اساس نیازهای کاربردی طراحی و بهینه سازی می شوند.

اجزای اصلی و اصول کارکرد مواد شیمیایی طبیعی و سنتزی

برای درک بهتر تفاوت ها و شباهت های عملکردی مواد طبیعی و سنتزی می توان اجزای اصلی و اصول کارکرد آن ها را به صورت مقایسه ای بررسی کرد :

مواد شیمیایی طبیعی :

• اجزای اصلی :
• مولکول های آلی پیچیده : شامل کربوهیدرات ها پروتئین ها لیپیدها اسیدهای نوکلئیک ترپنوئیدها آلکالوئیدها فلاونوئیدها و سایر متابولیت های ثانویه. این مولکول ها اغلب دارای ساختارهای حلقوی شاخه دار و فضایی پیچیده ای هستند.
• مواد معدنی : شامل عناصر و ترکیبات معدنی موجود در خاک آب و هوا.
• مخلوط های پیچیده : مواد طبیعی اغلب به صورت مخلوط های پیچیده از ترکیبات مختلف یافت می شوند که جداسازی و خالص سازی آن ها می تواند دشوار و پرهزینه باشد.
• اصول کارکرد :
• برهم کنش های زیستی : عملکرد مواد طبیعی در سیستم های زنده مبتنی بر برهم کنش های پیچیده با مولکول های زیستی دیگر (مانند آنزیم ها گیرنده ها DNA). این برهم کنش ها اغلب بسیار اختصاصی و ظریف هستند.
• فعالیت بیولوژیکی : بسیاری از مواد طبیعی دارای فعالیت بیولوژیکی هستند به این معنی که می توانند بر فرآیندهای زیستی تاثیر بگذارند. این فعالیت می تواند مفید (مانند خواص دارویی) یا مضر (مانند سمیت) باشد.
• سازگاری زیستی : برخی از مواد طبیعی به دلیل منشاء زیستی خود سازگاری زیستی بالاتری نسبت به مواد سنتزی دارند و کمتر احتمال دارد که واکنش های نامطلوب در بدن ایجاد کنند. (البته این یک قاعده کلی نیست و استثنائاتی دارد).

مواد شیمیایی سنتزی :

• اجزای اصلی :
• مولکول های آلی و معدنی نسبتاً ساده : مواد سنتزی می توانند از مولکول های ساده تا پلیمرهای پیچیده را شامل شوند اما به طور کلی ساختار مولکولی آن ها نسبت به بسیاری از مواد طبیعی ساده تر و قابل کنترل تر است.
• مواد خالص یا مخلوط های کنترل شده : مواد سنتزی معمولاً به صورت خالص یا مخلوط های کنترل شده با ترکیب دقیق تولید می شوند.
• مواد افزودنی و فرمولاسیون : برای بهبود خواص و عملکرد مواد سنتزی اغلب از مواد افزودنی (مانند پایدارکننده ها نرم کننده ها رنگ دهنده ها) و فرمولاسیون های خاص استفاده می شود.
• اصول کارکرد :
• برهم کنش های فیزیکی و شیمیایی کنترل شده : عملکرد مواد سنتزی بر اساس برهم کنش های فیزیکی و شیمیایی طراحی شده و قابل پیش بینی است. این برهم کنش ها می توانند شامل پیوندهای شیمیایی نیروهای بین مولکولی خواص سطحی و غیره باشند.
• قابلیت تنظیم خواص : با تغییر ساختار مولکولی ترکیب شیمیایی و فرمولاسیون خواص مواد سنتزی (مانند خواص مکانیکی حرارتی الکتریکی نوری) را می توان به طور گسترده ای تنظیم و بهینه سازی کرد.
• تولید انبوه و مقرون به صرفه : بسیاری از مواد سنتزی را می توان به صورت انبوه و با هزینه نسبتاً پایین تولید کرد که آن ها را برای کاربردهای صنعتی گسترده مناسب می سازد.

کاربردهای صنعتی و مثال هایی از صنایع مختلف

مواد شیمیایی طبیعی و سنتزی هر دو در صنایع مختلف کاربردهای گسترده ای دارند. انتخاب بین این دو نوع ماده به عوامل متعددی از جمله عملکرد مورد انتظار هزینه دسترسی ملاحظات زیست محیطی و ترجیحات مصرف کنندگان بستگی دارد.

کاربردهای مواد شیمیایی طبیعی :

• صنایع غذایی و آشامیدنی : طعم دهنده های طبیعی (اسانس ها عصاره ها) رنگ های طبیعی (کاروتن ها آنتوسیانین ها) نگهدارنده های طبیعی (اسید سیتریک اسید بنزوئیک) ویتامین ها و مواد معدنی طبیعی در تولید محصولات غذایی و نوشیدنی سالم و با کیفیت بالا استفاده می شوند. برای مثال استاندارد ISO/TS ۱۹۶۵۷ به شناسایی و تعیین کمیت طعم دهنده های طبیعی در مواد غذایی می پردازد.
• صنایع دارویی و آرایشی و بهداشتی : مواد دارویی گیاهی (آلکالوئیدها ترپنوئیدها) روغن های گیاهی عصاره های گیاهی مواد موثره طبیعی آرایشی (مانند آلوئه ورا روغن آرگان) به دلیل خواص درمانی و مراقبتی خود در تولید داروها محصولات آرایشی و بهداشتی طبیعی و ارگانیک مورد استفاده قرار می گیرند. صنعت داروسازی به طور فزاینده ای به بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک روی آورده است تا مواد دارویی طبیعی را به صورت پایدارتر و مقرون به صرفه تر تولید کند.
• صنایع کشاورزی : آفت کش های طبیعی (پیرترین ها روغن نیم) کودهای طبیعی (کمپوست کود دامی) تنظیم کننده های رشد گیاهی طبیعی به عنوان جایگزینی برای مواد شیمیایی سنتزی در کشاورزی ارگانیک و پایدار مورد توجه قرار گرفته اند. با این حال اثربخشی و پایداری تامین این مواد در مقیاس بزرگ همچنان یک چالش است.
• صنایع رنگ و رزین : رنگ های طبیعی (روناس نیل) رزین های طبیعی (صمغ عربی شلاک) در تولید رنگ ها جوهرها و پوشش های طبیعی و سازگار با محیط زیست استفاده می شوند. این مواد اغلب در کاربردهای خاص مانند مرمت آثار تاریخی و تولید محصولات هنری مورد توجه قرار می گیرند.

کاربردهای مواد شیمیایی سنتزی :

• صنایع پتروشیمی و پلیمر : پلاستیک ها (پلی اتیلن پلی پروپیلن PET) الیاف مصنوعی (نایلون پلی استر) لاستیک های مصنوعی رزین های سنتزی (اپوکسی فنولیک) به دلیل خواص متنوع قیمت پایین و قابلیت تولید انبوه به طور گسترده در صنایع بسته بندی خودروسازی ساختمان سازی نساجی و بسیاری دیگر کاربرد دارند. فناوری های پیشرفته در این حوزه شامل توسعه پلیمرهای زیست تخریب پذیر و پلیمرهای با کارایی بالا برای کاربردهای خاص است.
• صنایع دارویی و شیمیایی کشاورزی : داروهای سنتزی (آسپرین آنتی بیوتیک ها داروهای ضد سرطان) آفت کش های سنتزی کودهای شیمیایی نقش حیاتی در بهبود سلامت انسان و افزایش تولید محصولات کشاورزی ایفا می کنند. صنعت داروسازی سنتزی به شدت به شیمی ترکیبی شیمی دارویی و فناوری های غربالگری پرسرعت متکی است. در صنعت کشاورزی گرایش به سمت توسعه آفت کش های انتخابی و کم خطر و کودهای آهسته رهش است.
• صنایع الکترونیک و مواد پیشرفته : نیمه رساناهای سنتزی (سیلیکون گالیوم آرسنید) مواد نانوساختار سنتزی (نانولوله های کربنی نانوذرات) پلیمرهای رسانا سرامیک های پیشرفته در تولید قطعات الکترونیکی حسگرها مواد کامپوزیتی باتری ها و سایر فناوری های پیشرفته کاربرد دارند. نانوتکنولوژی و علم مواد نقش کلیدی در توسعه مواد سنتزی با خواص نوین و عملکردهای پیشرفته ایفا می کنند.
• صنایع رنگ پوشش و چسب : رنگ های سنتزی (پیگمنت ها و رنگدانه های آلی و معدنی) رزین های سنتزی (آلکیدی اکریلیک) چسب های سنتزی (اپوکسی پلی یورتان) به دلیل پایداری رنگ مقاومت شیمیایی و چسبندگی بالا به طور گسترده در صنایع ساختمانی خودروسازی مبلمان و بسته بندی استفاده می شوند. توسعه پوشش های دوستدار محیط زیست و با عملکرد بالا (مانند پوشش های خودترمیم شونده پوشش های ضد خوردگی) از جمله روندهای مهم در این صنعت است.

بررسی استانداردهای بین المللی و فناوری های پیشرفته مرتبط

استانداردهای بین المللی و فناوری های پیشرفته نقش مهمی در تضمین کیفیت ایمنی و پایداری مواد شیمیایی چه طبیعی و چه سنتزی ایفا می کنند.

استانداردهای بین المللی :

• استانداردهای ISO (سازمان بین المللی استانداردسازی) : ISO استانداردهای متعددی را برای مواد شیمیایی روش های آزمون سیستم های مدیریت کیفیت و ایمنی و جنبه های زیست محیطی تدوین کرده است. برای مثال ISO ۹۰۰۱ به سیستم های مدیریت کیفیت ISO ۱۴۰۰۱ به سیستم های مدیریت محیط زیست و ISO ۴۵۰۰۱ به سیستم های مدیریت ایمنی و بهداشت شغلی می پردازد. استانداردهای خاص محصول نیز برای بسیاری از مواد شیمیایی وجود دارد که مشخصات فنی روش های آزمون و الزامات کیفی را تعیین می کنند.
• استانداردهای ASTM International (انجمن آمریکایی مواد و آزمون) : ASTM استانداردهای فنی را برای مواد محصولات سیستم ها و خدمات در طیف گسترده ای از صنایع تدوین می کند. استانداردهای ASTM برای مواد شیمیایی شامل روش های آزمون مشخصات فنی راهنماها و طبقه بندی ها است.
• استانداردهای USP (فارماکوپه ایالات متحده) و EP (فارماکوپه اروپا) : این فارماکوپه ها استانداردهای کیفیت و خلوص را برای مواد دارویی و مواد اولیه دارویی تعیین می کنند. این استانداردها شامل روش های آزمون محدودیت های ناخالصی و الزامات بسته بندی و نگهداری است.
• استانداردهای GMP (شیوه تولید خوب) : GMP مجموعه ای از دستورالعمل ها و الزامات است که تولید محصولات دارویی غذایی و آرایشی و بهداشتی را به صورت ایمن و با کیفیت تضمین می کند. GMP بر جنبه های مختلف تولید از جمله مواد اولیه تجهیزات فرآیندهای تولید کنترل کیفیت و پرسنل نظارت دارد.

فناوری های پیشرفته مرتبط :

• شیمی سبز : شیمی سبز رویکردی است که به طراحی فرآیندهای شیمیایی و محصولات شیمیایی با هدف کاهش یا حذف استفاده و تولید مواد خطرناک می پردازد. اصول شیمی سبز شامل پیشگیری از تولید پسماند استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر طراحی مواد شیمیایی ایمن تر استفاده از حلال ها و شرایط واکنش ایمن تر و افزایش کارایی انرژی است. شیمی سبز هم در سنتز مواد سنتزی و هم در استخراج و فرآوری مواد طبیعی کاربرد دارد.
• بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک : بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک امکان تولید مواد شیمیایی طبیعی (مانند داروها آنزیم ها مواد غذایی) را از طریق فرآیندهای زیستی مانند تخمیر کشت سلولی و مهندسی متابولیک فراهم می کنند. این فناوری ها می توانند جایگزینی پایدارتر و مقرون به صرفه تر برای استخراج مواد طبیعی از منابع طبیعی باشند. همچنین مهندسی ژنتیک می تواند به بهبود عملکرد و خواص مواد طبیعی منجر شود.
• نانوتکنولوژی : نانوتکنولوژی امکان طراحی و تولید مواد شیمیایی با خواص نوین و عملکردهای پیشرفته در مقیاس نانو را فراهم می کند. نانومواد سنتزی (مانند نانوذرات نانولوله ها نانوسیم ها) در کاربردهای متنوعی از جمله دارورسانی حسگرها کاتالیزورها مواد کامپوزیتی و انرژی استفاده می شوند. نانوتکنولوژی همچنین می تواند در بهبود استخراج و فرآوری مواد طبیعی و افزایش کارایی آن ها کاربرد داشته باشد.
• هوش مصنوعی و یادگیری ماشین : هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در طراحی و بهینه سازی فرآیندهای سنتز شیمیایی کشف مواد جدید پیش بینی خواص مواد و کنترل کیفیت مواد شیمیایی کاربرد دارند. این فناوری ها می توانند سرعت و کارایی تحقیق و توسعه در زمینه مواد شیمیایی را به طور قابل توجهی افزایش دهند.
• روش های تجزیه و تحلیل پیشرفته : روش های تجزیه و تحلیل پیشرفته (مانند کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) کروماتوگرافی گازی-جرم سنجی (GC-MS) طیف سنجی NMR میکروسکوپ الکترونی) برای شناسایی تعیین کمیت و کنترل کیفیت مواد شیمیایی چه طبیعی و چه سنتزی ضروری هستند. این روش ها به اطمینان از خلوص ایمنی و مطابقت مواد شیمیایی با استانداردها کمک می کنند.

چالش ها و محدودیت های فنی

هر دو دسته مواد شیمیایی طبیعی و سنتزی با چالش ها و محدودیت های فنی خاص خود مواجه هستند :

چالش ها و محدودیت های مواد شیمیایی طبیعی :

• تنوع پذیری و عدم قطعیت در ترکیب : ترکیب مواد طبیعی می تواند بسته به منبع فصل برداشت شرایط رشد و فرآوری متفاوت باشد. این تنوع پذیری می تواند کنترل کیفیت و یکنواختی عملکرد را دشوار کند.
• مشکلات استخراج و خالص سازی : مواد طبیعی اغلب به صورت مخلوط های پیچیده در منابع طبیعی یافت می شوند و استخراج و خالص سازی آن ها می تواند پرهزینه زمان بر و نیازمند حلال ها و فرآیندهای پیچیده باشد.
• پایداری تامین و منابع محدود : برخی از منابع طبیعی محدود هستند و برداشت بی رویه می تواند منجر به تخریب محیط زیست و کاهش تنوع زیستی شود. پایداری تامین مواد طبیعی و یافتن منابع جایگزین یک چالش مهم است.
• مشکلات فرمولاسیون و پایداری : مواد طبیعی اغلب ناپایدار هستند و در معرض تخریب در اثر نور حرارت و اکسیژن قرار دارند. فرمولاسیون و پایدارسازی مواد طبیعی برای کاربردهای تجاری می تواند چالش برانگیز باشد.
• سمیت و آلرژی زایی : تصور عمومی مبنی بر “بی خطر بودن” مواد طبیعی همیشه درست نیست. بسیاری از مواد طبیعی (مانند سموم گیاهی آلرژن ها) می توانند سمی یا آلرژی زا باشند. ارزیابی دقیق ایمنی مواد طبیعی ضروری است.

چالش ها و محدودیت های مواد شیمیایی سنتزی :

• سمیت و اثرات زیست محیطی : برخی از مواد سنتزی می توانند سمی باشند و اثرات منفی بر سلامت انسان و محیط زیست داشته باشند. توسعه مواد شیمیایی سنتزی ایمن تر و سازگار با محیط زیست یک چالش مهم است.
• پیچیدگی سنتز و هزینه تولید : سنتز برخی از مولکول های پیچیده می تواند بسیار دشوار و پرهزینه باشد. یافتن مسیرهای سنتزی کارآمدتر و مقرون به صرفه تر یک هدف مداوم در شیمی سنتز است.
• پسماند و آلودگی : فرآیندهای سنتز شیمیایی می توانند مقدار قابل توجهی پسماند و آلودگی تولید کنند. توسعه فرآیندهای سنتز پاک تر و کاهش تولید پسماند از اصول شیمی سبز است.
• تخریب پذیری زیستی : بسیاری از مواد سنتزی به ویژه پلیمرهای سنتزی به راحتی در محیط زیست تخریب نمی شوند و می توانند باعث آلودگی پایدار شوند. توسعه پلیمرهای زیست تخریب پذیر و بازیافت مواد سنتزی از راهکارهای مقابله با این مشکل است.
• تصور عمومی منفی : مواد سنتزی گاهی اوقات به عنوان “مصنوعی” “غیرطبیعی” و “ناسالم” در نظر گرفته می شوند. اطلاع رسانی صحیح و شفاف سازی در مورد مزایا و ایمنی مواد سنتزی برای بهبود تصور عمومی ضروری است.

نکات کلیدی برای بهینه سازی و بهبود عملکرد

برای بهینه سازی و بهبود عملکرد مواد شیمیایی چه طبیعی و چه سنتزی نکات کلیدی زیر قابل توجه هستند :

بهینه سازی مواد شیمیایی طبیعی :

• بهبود فرآیندهای استخراج و خالص سازی : استفاده از فناوری های استخراج پیشرفته (مانند استخراج با سیال فوق بحرانی استخراج به کمک امواج فراصوت) و روش های خالص سازی کارآمدتر می تواند هزینه و اثرات زیست محیطی استخراج مواد طبیعی را کاهش دهد.
• توسعه روش های کشت و تولید پایدار : کشت گیاهان دارویی و صنعتی به صورت پایدار و استفاده از روش های کشاورزی ارگانیک می تواند پایداری تامین مواد طبیعی را تضمین کند و اثرات منفی بر محیط زیست را کاهش دهد. همچنین استفاده از بیوتکنولوژی برای تولید مواد طبیعی در میکروارگانیسم ها می تواند جایگزینی پایدار و مقرون به صرفه باشد.
• بهبود فرمولاسیون و پایداری : استفاده از فناوری های نوین فرمولاسیون (مانند نانوامولسیون ها میکروانکپسولاسیون) می تواند پایداری حلالیت و زیست فراهمی مواد طبیعی را بهبود بخشد.
• استانداردسازی و کنترل کیفیت : توسعه استانداردها و روش های آزمون دقیق برای مواد طبیعی و اجرای سیستم های کنترل کیفیت قوی می تواند یکنواختی و کیفیت مواد طبیعی را تضمین کند.

بهینه سازی مواد شیمیایی سنتزی :

• به کارگیری اصول شیمی سبز : طراحی فرآیندهای سنتز بر اساس اصول شیمی سبز می تواند تولید پسماند را کاهش دهد از مواد اولیه تجدیدپذیر استفاده کند مصرف انرژی را بهینه سازد و مواد شیمیایی ایمن تر تولید کند.
• توسعه کاتالیزورهای کارآمدتر : استفاده از کاتالیزورهای کارآمدتر می تواند سرعت و گزینش پذیری واکنش های سنتزی را افزایش دهد و هزینه تولید را کاهش دهد. کاتالیزورهای زیستی (آنزیم ها) نیز به دلیل گزینش پذیری بالا و شرایط واکنش ملایم به طور فزاینده ای در سنتز شیمیایی مورد توجه قرار می گیرند.
• بهبود طراحی مولکولی و خواص : با استفاده از روش های طراحی مولکولی محاسباتی و غربالگری پرسرعت می توان مواد سنتزی با خواص مطلوب تر و عملکرد بهتر طراحی کرد.
• توسعه پلیمرهای زیست تخریب پذیر و بازیافت پذیر : توسعه پلیمرهای سنتزی که به راحتی در محیط زیست تخریب می شوند یا قابل بازیافت هستند می تواند اثرات زیست محیطی پلیمرهای سنتزی را کاهش دهد.
• ارزیابی ریسک و ایمنی : ارزیابی دقیق ریسک و ایمنی مواد سنتزی قبل از ورود به بازار و اجرای اقدامات ایمنی مناسب در طول تولید و استفاده برای حفاظت از سلامت انسان و محیط زیست ضروری است.

نتیجه گیری علمی و تخصصی

در نهایت پاسخ به سوال “مواد شیمیایی طبیعی بهتر هستند یا سنتزی؟” یک پاسخ ساده و قطعی ندارد. هیچ کدام به طور مطلق “بهتر” نیستند. هر دو دسته از مواد شیمیایی دارای مزایا و معایب خاص خود هستند و انتخاب بین آن ها باید بر اساس ارزیابی دقیق و جامع از الزامات کاربرد خواص ماده هزینه دسترسی ملاحظات زیست محیطی و ایمنی صورت گیرد.

مواد شیمیایی طبیعی به دلیل منشاء زیستی تنوع ساختاری و فعالیت بیولوژیکی در صنایع غذایی دارویی آرایشی و بهداشتی و کشاورزی ارگانیک جایگاه ویژه ای دارند. با این حال چالش هایی مانند تنوع پذیری ترکیب مشکلات استخراج و پایداری تامین استفاده گسترده از آن ها را محدود می کند.

مواد شیمیایی سنتزی به دلیل قابلیت طراحی و مهندسی ساختار مولکولی تولید انبوه و قیمت پایین نقش حیاتی در صنایع پتروشیمی پلیمر دارویی کشاورزی الکترونیک و مواد پیشرفته ایفا می کنند. با این حال چالش هایی مانند سمیت اثرات زیست محیطی تولید پسماند و تخریب پذیری زیستی ضرورت توجه به توسعه مواد سنتزی ایمن تر پایدارتر و سازگار با محیط زیست را نشان می دهد.

آینده مواد شیمیایی احتمالاً شاهد همگرایی بیشتر رویکردهای طبیعی و سنتزی خواهد بود. استفاده از بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک برای تولید مواد طبیعی به صورت پایدارتر به کارگیری اصول شیمی سبز در سنتز مواد سنتزی توسعه مواد هیبریدی با الهام از طبیعت و استفاده از فناوری های پیشرفته مانند نانوتکنولوژی و هوش مصنوعی مسیرهای کلیدی برای توسعه مواد شیمیایی با عملکرد بالا ایمنی بیشتر و اثرات زیست محیطی کمتر هستند. تصمیم گیری آگاهانه و مسئولانه در انتخاب و استفاده از مواد شیمیایی چه طبیعی و چه سنتزی برای دستیابی به توسعه پایدار و بهبود کیفیت زندگی ضروری است.

بخش پرسش و پاسخ

پرسش ۱ : آیا مواد شیمیایی طبیعی همیشه از مواد شیمیایی سنتزی ایمن تر هستند؟

پاسخ : خیر این یک تصور نادرست است. ایمنی یک ماده شیمیایی به ساختار مولکولی و خواص آن بستگی دارد نه منشاء طبیعی یا سنتزی آن. بسیاری از مواد شیمیایی طبیعی مانند سموم گیاهی سموم حیوانی و آلرژن ها می توانند بسیار سمی و خطرناک باشند. در مقابل بسیاری از مواد شیمیایی سنتزی مانند داروها پلیمرها و مواد افزودنی غذایی پس از ارزیابی دقیق ایمنی و با رعایت استانداردهای ایمنی به طور گسترده و ایمن مورد استفاده قرار می گیرند. مهم است که ایمنی هر ماده شیمیایی چه طبیعی و چه سنتزی به طور جداگانه و بر اساس شواهد علمی ارزیابی شود. به عنوان مثال استاندارد OECD (سازمان همکاری و توسعه اقتصادی) دستورالعمل های جامعی برای آزمایش و ارزیابی ایمنی مواد شیمیایی ارائه می دهد.

پرسش ۲ : آیا مواد شیمیایی سنتزی همیشه برای محیط زیست مضرتر از مواد شیمیایی طبیعی هستند؟

پاسخ : به طور کلی مواد شیمیایی سنتزی به دلیل تولید انبوه پایداری بیشتر در محیط زیست و احتمال تجمع زیستی پتانسیل بیشتری برای ایجاد آلودگی محیط زیست دارند. به عنوان مثال پلاستیک های سنتزی غیر قابل تجزیه می توانند برای قرن ها در محیط زیست باقی بمانند و باعث آلودگی خاک و آب شوند. آفت کش های سنتزی پایدار نیز می توانند در زنجیره غذایی تجمع یافته و اثرات منفی بر حیات وحش و انسان داشته باشند. با این حال تولید و فرآوری برخی از مواد شیمیایی طبیعی نیز می تواند اثرات زیست محیطی قابل توجهی داشته باشد مانند تخریب جنگل ها برای استخراج چوب و گیاهان دارویی مصرف آب زیاد در کشاورزی و تولید پسماند در فرآیندهای استخراج و خالص سازی. ارزیابی چرخه عمر (LCA) مواد شیمیایی چه طبیعی و چه سنتزی برای مقایسه اثرات زیست محیطی آن ها و انتخاب گزینه های پایدارتر ضروری است. استاندارد ISO ۱۴۰۴۰ چارچوبی برای انجام ارزیابی چرخه عمر ارائه می دهد.

پرسش ۳ : کدام نوع از مواد شیمیایی (طبیعی یا سنتزی) از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر است؟

پاسخ : پاسخ به این سوال به نوع ماده شیمیایی مقیاس تولید و پیچیدگی فرآیند تولید بستگی دارد. بسیاری از مواد شیمیایی سنتزی به دلیل امکان تولید انبوه در کارخانه های بزرگ و استفاده از مواد اولیه ارزان قیمت (مانند مواد پتروشیمی) از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر هستند. به عنوان مثال پلیمرهای سنتزی مانند پلی اتیلن و پلی پروپیلن به دلیل قیمت پایین و خواص مناسب به طور گسترده در کاربردهای بسته بندی و کالاهای مصرفی استفاده می شوند. در مقابل استخراج و خالص سازی برخی از مواد شیمیایی طبیعی به ویژه مواد کمیاب یا پیچیده می تواند بسیار پرهزینه باشد. با این حال با پیشرفت فناوری های بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک تولید برخی از مواد شیمیایی طبیعی از طریق فرآیندهای زیستی (مانند تخمیر) می تواند به تدریج مقرون به صرفه تر شود. در نهایت تصمیم گیری در مورد انتخاب مواد شیمیایی باید بر اساس تعادل بین هزینه عملکرد ایمنی و ملاحظات زیست محیطی صورت گیرد.