開創新局的永續化學 / 趙奕姼

星期二 , 14, 三月 2017 Leave a comment

開創新局的永續化學

趙奕姼

中央研究院化學研究所
ichao@gate.sinica.edu.tw

n  引言

過去兩百年人類生活品質與壽命大幅提昇,這些美好又令人驚異的變化跟化學有著密切的關係。透過化學,地球上的各種元素巧妙地被用在各種物品中,滿足人類食、衣、住、行、娛樂、醫藥,甚至穿越大氣層前進太空的各種需求。但是跟大自然演化了38億年環環相扣循環不絕的各種化學反應網絡比起來,人類開發的化學反應有著大量的廢棄物。根據綠色化學先行者Roger Sheldon所做的估計[1],化學工業每產出1公斤的產物,同時就產生了小於0.1公斤到100公斤以上的廢棄物。煉油、大宗化學品、精緻化學品、製藥四大類型的化學工業中,煉油業技術發展最成熟,廢棄物比例小(小於0.1公斤),不過煉油業年產量大,因此廢棄物的量體依然十分驚人。製藥業年產量最少,少了煉油業好幾個數量級,但因結構特殊合成步驟多,廢棄物是藥物本身的幾十倍到上百倍,有很大的技術改進空間。精緻化學品與製藥業動輒幾十倍的廢棄物是什麼光景呢?環顧一下自己家裡的大大小小的用品,製造這些物品的同時,也產出了裝滿一屋子的垃圾呢!

長久以來,化學工業的廢棄物常直接排放到環境中,或是集中收集處理與掩埋,這是因為人類認為地球無限寬廣,總是能稀釋或存放廢物。時至今日,望著逐漸污濁的空氣與水,感受著氣候變遷帶來的極端天候,讀著多種元素開採越來越困難存量告急的新聞,以及連北極熊的脂肪中都有人工化合物的報導,抱持著「地球無限大」、「資源無限多」這種想法的人日益減少,越來越多人轉頭正視如何追求人類與生態圈的永續發展。的確,人類已走到一個在思維上與科學上都亟思突破的轉捩點。永續化學(sustainable chemistry)和綠色化學(green chemistry)這樣的呼聲在20 世紀後期興起,正是少數先知先覺的化學家意識到必須用更宏觀與創意的角度思考化學,我們在選定一個化學製程之前,要從環保、經濟及社會各種面向思考,不再只是經濟決定一切。

我們常常聽到永續化學和綠色化學,從字意上即可看出跟永續、友善環境有關。對有些化學家而言這兩個名詞意義相同,有些則否,因此許多會議或書籍名稱常常使用「綠色永續」這樣的語詞。對於這兩個名詞,本專輯採用的是兩位綠色化學之父中John C. Warner的說法[2]:永續化學是所有牽涉到解決永續議題的化學,例如解決能源問題、水資源問題等所需要開發的新材料、新觸媒;綠色化學更著重於化學步驟/製程的設計,例如有機合成或分析方法是否減少使用有毒物質。在這個框架下,綠色化學附屬於永續化學之下,但絕對是舉足輕重的一環。

n  本期專題簡介

永續相關議題非常之多,本專輯希望藉由幾個面向的報導,讓讀者對永續化學開創的新局領略一二。第一篇文章由周德璋教授鋪陳綠色化學的來龍去脈與原則;第二篇文章由王正中助研究員介紹美國總統綠色化學挑戰獎的兩位臺裔得主為綠色/永續化學開闢的新戰場;第三篇文章由曾玉明高級專員描述臺灣化學化工界的模範生永光化學在綠色化學與循環經濟上的經驗與心得;第四篇文章針對就在我們身邊的「城市礦山」,由許景翔總經理和馬小康教授描述提取電子廢棄物所含之貴金屬的化學新方案,脫離傳統提取金屬過程中嗆人的王水與劇毒的氰化物所帶來的噩夢;第五篇文章由羅芬臺研究員介紹為反轉氣候變遷而研發的生物炭製作:以及第六篇文章由林麗瓊主任和連香婷博士介紹因應能源挑戰的光觸媒還原二氧化碳研究。期待以上文章能夠讓讀者了解綠色/永續化學的內涵與深遠影響,破除比較環保的化學製程必然比較昂貴的迷思,並且看到臺灣業界與學界的努力。

n  參考文獻

1.        The E-factor. http://www.sheldon.nl/roger/efactor.html.

2.        Cannon, A. S. & Warner, J. C. (2011). The Science of Green Chemistry and Its Role in Chemicals Policy and Educational Reform. New Solutions. 21, 499.

 

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