綠色化學-永續發展的內涵

 (文: 東吳大學化學系 仲文君圖 :東吳大學微生物系 黃顯宗教授)

 

中央研究院化學研究所趙奕姼教授簡介

 

趙奕姼教授-計算化學、分子設計

研究員(民國93年迄今)

台灣大學化學系理學士(74年)

美國加州大學洛杉磯校區化學系博士(81年)

美國加州大學洛杉磯校區化學系博士後研究(81至82年)

中央研究院化學研究所助研究員(民國82至87年)

中央研究院化學研究所副研究員(民國87至93年)

科普文章:通往綠色化學的任意門及化學中的清流-對環境友善的綠色化學 (欲詳閱請點選)

 

綠色化學之源起

1990年美國通過「污染防制法案」:此法案建立了由源頭預防或降低污染之國家政策,並由環境保護署提出「綠色化學」一詞,此名詞在歐洲則多使用「永續化學」。

 

綠色化學與環境化學之涵蓋範圍

綠色化學所涵蓋之範圍極廣,包括:有機、無機、生物、分析、物理化學…等等,而環境化學則涵蓋:大氣、土壤、水、分析化學…等等。

 

化學工業帶來工作機會,也帶來了傷害

製造業以生產結構劃分為四大產業;分別為金屬機械、資訊電子、化學工業與民生工業、生產產值比例依序為24.68%、37.39%、22.84%(1.92兆)與15.09%,此產值帶來了工作之機會,但也帶來了許多職業災害。例如:

 

事件

年代

成因與症狀

受害人數

Itai Itai disease

痛痛病

1912

採礦業鎘污染/腎衰竭、骨質變差易骨折、脊椎與腳痛

184

Minamata disease

水俣病

1956

化工業汞污染/運動神經失調、手腳麻痺、肌肉無力、視力變窄、失聽失語。嚴重者數週內死亡。

2265

Bhopal disaster

波帕爾事件

1984

42噸異氰酸甲酯外洩/窒息感、嘔吐、胃痛、咳嗽、眼睛與呼吸系統燒灼感、肺水腫

500000人吸入,170000人就醫,8000~16000人死亡

 

失衡的碳循環與氮循環

碳循環失衡,其成因是過多CO2累積於大氣中,造成溫室效應、氣候變遷及海洋酸化,進而影響鈣化反應、魚類感官功能、海水吸收低頻聲波的能力 。

 

氮循環失衡,其成因是過多剩餘氮肥累積於土地上,最後溶入水中,進而造成硝酸根過多污染地下水,不適飲用,而使溪流湖泊藻類急遽增生,造成缺氧,影響其他水中生物生存。

 

持久性化學物帶來的問題

以DDT為例,1874年成功合成出DDT,並於1939年發現具有除蟲性質,可消滅北美與歐洲地區的瘧疾,其優點為製備便宜、對多類害蟲有活性、對人類無毒、具持久性,不需重複噴灑,但是其缺點為半衰期二到十五年,會在動物之脂肪組織內囤積,使海鷗雌性化、禿鷹之蛋殼便薄、對水生動物有毒。

 

廢棄物的代價

1、原料成本高

2、不利永續經營

3、廢棄物處理帶來額外的開支

4、難以處理的公共關係

5、健康的危害及環境的破壞

 

 

綠色化學之十二準則

美國環保署的一位化學家P. T. Anastas曾規範從分子的領域平衡化學發展及減低負面影響,經過多年的研究整理,發展出綠色化學的12準則,包括

1、Prevention:事先防止廢棄物之產生勝於事後清除

2、Atom Economy:盡可能將反應物質轉變為生成物

3、Less Hazardous Chemical Synthesis:製程之原料及生成物儘可能無害

4、Designing Safer Chemicals:減低毒害但保持功能性

5、Safer Solvents and Auxiliaries:溶劑、分離試劑等輔助品儘可能無毒,最好不用

6、Design for Energy Efficiency:常溫常壓最好。

7、Use of Renewable Feedstocks:技術可行並符合經濟效益時,應採用再生原料

8、Reduce Derivatives:避免非必要的衍生物

9、Catalysis:優先考慮觸媒及選擇性高的試劑

10、Design for Degradation:可分解成無毒害物質

11、Real-time Analysis for Pollution Prevention:在過程中隨時偵測及控制的分析方法

12、Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention:製程使用本質安全之化學物質(無氣體外洩、爆炸易燃等特性

 

何謂永續發展?及永續工程之十二原則

所謂永續發展,必須是(1)、永恆且持續性的。(2)、前一世代的發展不會危及下一世代的生存發展。(3)、考慮生態系統的承載能力,避免對自然界造成嚴重或不可逆的損害。在此條件下,永續工程之進行需涵蓋下列時二項原則。包括

 

1、設計者須力求原料和能量儘可能無害

2、預防產生廢棄物勝於事後清除或處理

3、設計分離及純化時須儘可能少用物料及能源

4、設計產品、程序及系統時須使能源、物料、空間及時間之效率最高

5、設計產品、程序及系統時應採能源、物料”釋出拔擢”而非”輸入推動”來促成

6、設計選擇再生,重新使用或效益處置時須考慮整體混亂度及複雜性

7、以耐用而非不壞為設計準則

8、功能超過需要則屬於瑕疵品

9、多成份產品應盡量減少元件的多樣性以保持重組與再利用的價值

10、設計產品、程序及系統時應包括和現有能源及物料的流通交互利用

11、設計產品、程序及系統時應考慮商業之來生利用

12、使用”續生性”而非 趨枯竭的能源及物料