MISJA CHEMII WE WSPÓŁCZESNYM ŚWIECIE Bogdan Marciniec Wydział Chemii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza Wiodąca Rola Chemii w Rozwoju Cywilizacyjnym, Warszawa, 2 czerwca 2011 r.

International Year of Chemistry - 2011 „Chemistry – our life, our future” UN Resolution General Assembly Nov. 2008 „Promote the role of Chemistry in contributing to solutions of the global challenges” „Chemistry – The Central Science” „Chemia jest centralną, fundamentalną nauką, ściśle związaną z niemal każdym przejawem naszych kontaktów z materialnym światem, a także stanowi nierozerwalną część ogólnoludzkiej kultury” T. L. Brown, H. E. LeMay Jr (1997); A. T. Balaban, A. J Klein (2006)

„Chemia jest lingua franca medycyny i biologii” Arthur Kornberg „Życie to tylko chemia, w istocie mały przykład chemii na pojedynczej planecie świata” A. T. Balaban, A. J Klein „Chemia: to wspaniałe dziecko intelektu i sztuki” Sir Cyril N. Hinshelwood „Przemysł chemiczny jest dzisiaj głównym filarem ludzkiej cywilizacji i kultury. Bez przemysłu chemicznego, społeczność ludzka, w jej obecnych i przyszłych formach, jest nie do pomyślenia” R. R Ernst „Chemia tworzy substancje z nowymi właściwościami, tworzy świat” E. Agazzi

Oblicza chemii nauka przyrodnicza, obejmująca dyscypliny szczegółowe stanowiące jeden z fundamentów powszechnej wiedzy o świecie, jego prawach, budowie i zmianach materii na poziomie molekularnym nauka stosowana, będąca fundamentem produkcji chemicznej, obejmująca dyscypliny szczegółowe z pogranicza nauk przyrodniczych i technicznych (technologia chemiczna) lub z grupy nauk technicznych (inżynieria chemiczna)

Gospodarka Oparta na Wiedzy Knowledge (Science) Based Economy zrównoważony rozwój cywilizacyjny odkrycia naukowe 1987 – „Raport Brundtland” Światowej Komisji ONZ do spraw Środowiska i Rozwoju „Nasza Wspólna Przyszłość” „sustainable development” = zrównoważony rozwój „sposób trwałego osiągnięcia lepszej jakości życia przez wszystkich obywateli, który nie zagraża osiągnięciu tych celów przez przyszłe pokolenia i szanuje środowisko” (definicja ONZ) Wyzwanie XXI w. dla środowiska naukowego określenie właściwej strategii w zakresie polityki badań i technologii obejmującej zintegrowane studia technologiczne, ekologiczne, ekonomiczne i społeczne

Misja chemii Kluczowa, ale jednocześnie służebna rola nauk chemicznych w globalnym rozwiązywaniu podstawowych problemów innych dziedzin nauki i postępu naukowo-technicznego, w warunkach zrównoważonego rozwoju (sustainable development) współczesnej cywilizacji, tzn. poprawy jakości życia przy ograniczonych zasobach surowcowych i konieczności ograniczeń aktywności przemysłowej zgodnie z wymaganiami szeroko pojętej ochrony środowiska. „Chemistry contribution to humanity”, International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) – Project 2003 B. Marciniec (red.) „Misja Chemii” Wydawnictwo Poznańskie, 2004

7

Zrównoważona chemia, a zielona chemia sustainable chemistry –green chemistry Zielona chemia – projektowanie produktów i procesów chemicznych, które zmniejszają lub eliminują użycie i wytwarzanie niebezpiecznych substancji (Anastas – 1991) clean technologies green technologies Niebezpieczne substancje fizyczne (palność, zagrożenie eksplozja) toksyczność (np. mutagenność, rakotwórczość) globalne (zanikanie ozonu, zmiany klimatu, zagadnienia energetyczne, zasoby czystej wody i surowców)

Główny kierunek światowych badań chemicznych syntezy i (nano)technologie chemikaliów i biochemikaliów Poszukiwanie oryginalnych dróg selektywnych syntez (głównie w oparciu o procesy katalityczne) i opracowanie technologii molekularnych i makromolekularnych związków chemicznych o specjalnych właściwościach (fine chemicals, biochemicals, chemical specialties), które są podstawą materiałów i biomateriałow bądź ich prekursorów W ścisłym związku: badania mechanizmów procesów wytwarzających takie produkty jak i ich struktury, reaktywności, specjalnych właściwości fizykochemicznych oraz metod oczyszczania i pełnej analizy Zrównoważona chemia!!!

Filozofia oryginalnych pomysłów w zakresie chemii i biochemii wywodzących się ze współdziałania chemików syntetyków ze specjalistami określającymi pożądane (spodziewane) właściwości produktów STRUKTURA SYNTEZA CHEMICZNA I BIOCHEMICZNA WŁAŚCIWOŚCI PRODUKTÓW (pożądane) mało- i średnio- tonażowe technologie fine chemicals, bio(chemicals) chemical specialties, materiały oraz opracowanie technologii i biotechnologii ich wytwarzania i dokonanie wyboru najlepszych i najbardziej konkurencyjnych produktów w zależności od ich możliwości komercjalizacji

Challenging areas of the chemical sciences in the first decade of the XXI century IUPAC Vice-Presidential Critical Assessment (2000) Peter Steyn Sustainable-green chemistry Enviromental Chemistry Organic Synthesis and Method Development Supramolecular Chemistry Materials Bioorganic Chemistry Physical Techniques for Study of Complex Reactions and Systems Quantum Chemistry Organometallic Chemistry

Technology Platform for Sustainable Chemistry Strategic Research Agendas (2025) Materials Technology - Technologie materiałowe Reaction and Process Design - Nowe reakcje (syntezy) chemiczne i inżynieria chemiczna Industrial Biotechnology - Biotechnologia przemysłowa Wizja Europejski przemysł chemiczny i pokrewne gałęzie przemysłu pozostaną konkurencyjne w oparciu o nowe technologie i wprowadzone innowacje Lepsze wykorzystanie chemii i biotechnologii pozwoli na zwiększenie wydajności produkcji i ochrony środowiska Przemysł chemiczny ma uzyskać reputację wiarygodnego, bezpiecznego i odpowiedzialnego partnera

Strategia rozwoju nauki w Polsce do 2015 roku 6.4 Priorytety tematyczne w rozwoju nauki i technologii w Polsce do 2015 r zdrowie, środowisko i rolnictwo, energia i infrastruktura, nowoczesne technologie dla gospodarki społeczeństwo w warunkach przyspieszonego i zrównoważonego rozwoju społeczno-gospodarczego Obszary te przenikają się wzajemnie tworząc spójny Krajowy Program Badań Naukowych i Prac Rozwojowych. Motorem rozwoju w tych obszarach będą ze strony nauki przede wszystkim takie jej dziedziny, jak biotechnologia, technologie informacyjne oraz nanotechnologia. Chemia wraz z technologią chemiczną to dziedzina, która stanowi podstawę większości priorytetowych obszarów

Kierunki rozwoju badań podstawowych i stosowanych z obszaru szeroko pojętej chemii w Polsce zespół Ekspercki PAN (2010) Chemia na pograniczu biologii, farmacji i medycyny Chemia materiałów o pożądanych właściwościach dla nowych technologii Projektowanie i wytwarzanie odczynników specjalnych, wysokoprzetworzonych i wymagających wyrafinowanej syntezy Chemia fizyczna i kataliza w odniesieniu do procesów i materiałów Chemia analityczna dla ochrony środowiska i diagnostyki Nowe, bezodpadowe technologie chemiczne i o niskim zapotrzebowaniu na energię Chemia radiacyjna i jądrowa w odniesieniu do diagnostyki medycznej i zabezpieczenia właściwego pozyskiwania energii jądrowej oraz gospodarowania odpadami promieniotwórczymi

Zrównoważone technologie Czyste syntezy i technologie ( procesy o 100% selektywności i zerowej emisji produktów ubocznych) Nowe drogi syntezy i nowe reakcje Katalizatory Nowe rozpuszczalniki (ciecze nadkrytyczne (CO2 i H20) ciecze jonowe Bezpieczne reagenty Odnawialne surowce Odnawialne źródła zasilania dla przemysłu chemicznego (biorafinerie) Ponowne wykorzystanie materiałów odpadowych, Biotechnologie jako alternatywy procesów chemicznych

Produkty - materiały masowe i wysokoprzetworzone fine chemicals (and chemical specialties) polimery biodegradowalne detergenty, kosmetyki farmaceutyki środki zapachowe agrochemikalia, pestycydy polimery dla medycyny (degradowalne) Substancje pomocnicze dla różnych gałęzi przemysłu

Materiały inteligentne - o pożądanych właściwościach elektrycznych np Materiały inteligentne - o pożądanych właściwościach elektrycznych np. (nadprzewodzących), optycznych, mechanicznych, magnetycznych ferroelektryki i ferroelastyki (pamięci komputerowe nowej generacji, wyświetlacze optyczne) materiały magnetyczne (ferromagnetyki, konstrukcja magnesów, sensorów i przełączników) ciekłe kryształy materiały molekularne (organiczne, polimery) luminofory materiały ceramiczne – (odporność cieplna) (cienkie warstwy ceramiczne, chemiczna krystalizacja z fazy gazowej – Chemical Vapour Deposition) materiały konstrukcyjne

Nanomateriały funkcyjne modelowanie, nowe syntezy, nanotechnologie i nowe zastosowania Istotą tego kierunku jest opracowanie syntez i technologii nowych materiałów na poziomie molekularnym o zaprogramowanej strukturze, właściwościach i potencjalnych zastosowaniach. Tematyka budzi zainteresowanie wielu dziedzin nauki obejmujących m.in. inżynierię materiałową, fizykę, chemię, biotechnologię, medycynę

Biotechnologia Enzymy i mikroorganizmy jako katalizatory reakcji chemicznych Zalety: aktywność katalityczna, selektywność (chemo-, regio-, diastereo- i enancjoselektywność) Biotransformacja w fazie wodnej, biotransformacje w fazie organicznej (ciecze jonowe, CO2 w warunkach superkrytycznych) Przykłady Chiralne związki jako materiały wyjściowe w syntezie organicznej Chiralne leki (znaczenie dla medycyny) Kwasy tłuszczowe i ich pochodne (znaczenie dla przemysłu spożywczego) Środki zapachowe Środki ochrony roślin Biopolimery

Chemia dla medycyny i rolnictwa - poznanie mechanizmów procesów fizjologicznych jako podstawa projektowania leków i agrochemikaliów. Poznawanie molekularnych procesów rozwoju ważniejszych obecnie i w przyszłości chorób w celu projektowania leków. Medycyna oporność na leki i synteza nowych leków chemia centralnego układu nerwowego diagnostyka molekularna, związki kontrastowe (tomografia NMR, medycyna nuklearna) molekularne aspekty toksyczności substancji chemicznych

Rolnictwo wybór docelowego procesu fizjologicznego dla projektowania środków ochrony roślin i leków weterynaryjnych (badania na pograniczu chemii i biochemii) nowe formy środków biologicznie czynnych projektowanie w oparciu o wiedzę o mechanizmach wybranych reakcji enzymatycznych i strukturę wybranych białek (w tym projektowanie komputerowe) pasze a zdrowa żywność dodatki do pasz zwiększające zdrowotność zwierząt hodowlanych usuwanie toksyn pochodzenia mikrobiologicznego (szczególnie mykotoksyn) modyfikacje pasz zwiększające wartość odżywczą i zdrowotną mięsa i mleka

Kataliza Obecnie ponad 90% produkcji przemysłu chemicznego i petrochemicznego jest uzyskiwane dzięki procesom katalitycznym. Wartość światowej produkcji (w roku 2000 - 8 bilionów USD) Kataliza w zrównoważonym rozwoju oczyszczanie samochodowych gazów spalinowych (katalizatory trójfunkcyjne) wykorzystanie ogniw paliwowych i zasilania wodorem katalityczne spalanie usuwanie lotnych związków organicznych (VOC’s) usuwanie NO2 ze źródeł stacjonarnych utylizacja CO2 biomasy i ich katalityczne przetwarzanie

Chemia radiacyjna i jądrowa Chemia analityczna - analiza wody i gleby regionów uprzemysłowionych - analiza biomedyczna - oznaczenia 10-4  10-15 - rozwój metod chemicznych i fizykochemicznych zautomatyzowanych i zminiaturyzowanych (w analizie powietrza, wody, żywności, toksykologii i diagnostyki medycznej) Chemia radiacyjna i jądrowa - diagnostyka i terapia medyczna - monitorowanie skażeń, zabezpieczeń i unieszkodliwianie odpadów promieniotwórczych

Podsumowanie Wyzwania dla chemii, technologii chemicznej i przemysłu chemicznego wobec najważniejszych globalnych zagrożeń świata zapewnienie wyżywienia i zdrowia ludzkości zaspokojenie energetycznych potrzeb ludzkości i racjonalne gospodarowanie światowymi zasobami surowców dostarczanie coraz bardziej doskonałych materiałów i półfabrykatów dla innych obszarów techniki i codziennego życia ograniczenie i eliminacja zanieczyszczeń środowiska 2. Najważniejsze tendencje i perspektywiczne kierunki rozwoju chemii i technologii chemicznej w świecie, Europie i w Polsce Alternatywne surowce, alternatywne zaawansowane procesy, nowe produkty, produkcja chemiczna jako nośnik postępu

3. Promocja multidyscyplinarnych programów strategicznych i multidyscyplinarnych zespołów realizujących te programy Celem powinno być opracowanie zaawansowanych technologii w oparciu o wyniki badań podstawowych i stosowanych (nauk ścisłych, przyrodniczych i technicznych) dla potrzeb zrównoważonego rozwoju współczesnej cywilizacji.

„Wielkopolskie Centrum Zaawansowanych Technologii: Materiały – Biomateriały” multidyscyplinarny ośrodek badawczy o wysokiej randze międzynarodowej Budżet projektu: 251.550.000,00 zł współfinansowany w 85% z EFRR Konsorcjum: 5 Uczelni: UAM, Politechnika Poznańska, Uniwersytet Przyrodniczy, Uniwersytet Medyczny, Uniwersytet Ekonomiczny 4 Instytuty PAN: Chemii Bioorganicznej, Genetyki Roślin, Genetyki Człowieka, Fizyki Molekularnej Instytut badawczy: Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich Poznański Park Naukowo-Technologiczny FUAM - Centrum Biotechnologii Medycznej wraz ze Zwierzętarnią Centrum Biotechnologii Przemysłowej i Roślinnej wraz ze Szklarnią Centrum Technologii Chemicznej i Nanotechnologii Centrum Badań Materiałowych wraz z Regionalnym Laboratorium Unikatowej Aparatury - Zaplecze Naukowo-Techniczne wraz z Centrum Transferu Technologii koniec 2013 – faza operacyjna Projektu

Głównym celem WCZT jest stworzenie w Poznaniu multidyscyplinarnego ośrodka skupiającego najlepszych specjalistów z nauk ścisłych, przyrodniczych, i technicznych, skoncentrowanego na nowych materiałach i biomateriałach o wielostronnych zastosowaniach 1. Opracowanie oryginalnych selektywnych dróg syntez chemikaliów i biochemikaliów (agrochemikaliów) - tzw. fine chemicals, a także nowej generacji bio- i nanomateriałów lub ich prekursorów i następnie opracowanie zaawansowanych technologii i biotechnologii ich wytwarzania z przeznaczeniem dla optoelektroniki, medycyny, rolnictwa, farmacji, i innych dziedzin przemysłu i techniki. 2. Stworzenie podstaw technologicznych dla szeregu zastosowań chemii bioorganicznej, biologii molekularnej i biotechnologii w szeroko pojętej ochronie zdrowia oraz zastosowań agrotechnicznych i przemysłu spożywczego.

Materiały i Biomateriały Kampus Morasko Współpraca z: Kampus Berdychowo Technologie Informacyjne Nagrodzony jako Best Science Based Incubator Stockholm 2009 Poznański Park Naukowo-Technologiczny Zespół Inkubatorów Wysokich Technologii 2009-2013 Centrum Innowacji i Transferu Technologii 1999 Inkubator Technologii Chemicznych 2000 Business Inqubator 2007 Parki Technologiczno Przemysłowe Przedsiębiorstwa Innowacyjne

Bibliografia: Misja Chemii – B. Marciniec red. Wyd. Poznańskie 2004 European Platform for Sustainable Chemistry 2025 – Strategic Research Area (SRA) Strategia rozwoju nauki w Polsce do 2015 r. Stan badań w zakresie chemii w Polsce – ekspertyza przygotowana przez zespół Integracyjno-Ekspercki Nauk Chemicznych PAN (2010) M. Taniewski Technologia chemiczna w epoce zrównoważonego rozwoju – Misja nauk chemicznych, B. Marciniec red. (2011)

Misja nauk chemicznych B. Marciniec red. (2011) Adam Bielański Synteza we współczesnej chemii nieorganicznej Jerzy Haber, Małgorzata Witko Znaczenie katalizy dla jakości współczesnego życia Janusz Jurczak, Marek Chmielewski Strategiczne kierunki rozwoju syntezy organicznej Janusz Lipkowski Chemia supramolekularna – szkic perspektyw Wojciech Markiewicz, Jan Barciszewski, Henryk Koroniak, Arkadiusz Chwaroś Od chemii bioorganicznej do biologii chemicznej Piotr Kiełbasiński, Marian Mikołajczyk Biokataliza-ekologiczny kierunek syntezy i chirotechnologii Henryk Kozłowski Chemia i medycyna Henryk Górecki, Katarzyna Chojnacka, Zbigniew Dobrzański Innowacje chemiczne w rozwoju zrównoważonego rolnictwa

Paweł Kafarski Chemia a biotechnologia przemysłowa Stanisław Penczek Makrocząsteczki  i polimery - u podstaw molekularnej biologii, medycyny i nowoczesnych materiałów - Wstęp. Od biopolimerów do nowych materiałów. - Penczek - Polimery w elektronice i problemy energii- Florjańczyk/Ułanski - Makrocząsteczki i polimery w medycynie- Nowakowska/Rosiak - Poliolefiny - podstawą przemysłu polimerów - Czaja - Nowoczesne włókna chemiczne - Krucińska - Polimery z odnawialnych surowców – Słomkowski Bogdan Marciniec, Piotr Sobota Związki metaloorganiczne i koordynacyjne w syntezie prekursorów nowoczesnych materiałów Jerzy Lis, Roman Pampuch Wiedza chemiczna inspiracją dla rozwoju materiałów ceramicznych Lucjan Sobczyk Chemia a materiały we współczesnych technologiach - Magnetyki – K. Lachowicz (Magnetyki molekularne – J. Mroziński) - Ferroelektryki i Ferroelastyki- A. Pietraszko - Ciekłe Kryształy – R Dąbrowski

Marian Taniewski Technologia chemiczna w epoce zrównoważonego rozwoju -Materiały molekularne (nowe opracowanie) – J. Sworakowski, M. Samoć - Luminofory – P. Łoś, O. Gładysz, M. Sowińska - Materiały we współczesnej elektrochemii -. P. Łoś Bronisław Marciniak, Jacek Waluk Fotochemia i spektroskopia – możliwości i wyzwania Krzysztof Bobrowski, Aleksander Bilewicz, Andrzej G. Chmielewski, Andrzej Marcinek, Jerzy Narbutt, Grażyna Przybytnik, Iwona Szarej-Foryś Chemia radiacyjna, Chemia jądrowa, Radiochemia Adam Hulanicki, Jacek Namieśnik Chemia analityczna we współczesnym świecie. Zadania i perspektywy Tadeusz Paryjczak, Andrzej Lewicki, Marian Zaborski Zielona chemia ważny czynnik zrównoważonego rozwoju Jacek Kijeński, Marta Kijeńska Chemiczne metody pozyskiwania nośników energii ze źródeł odnawialnych Marian Taniewski Technologia chemiczna w epoce zrównoważonego rozwoju