也有所谓的「绿色化学」？他们就在我们身旁默默发生

1839年，德国药剂师赛门 （EduardSimon） 发明了发泡聚苯乙烯（Expandable Polystyrene，EPS），也就是大家所熟知的保丽龙。而 180 年后的今天，这种轻盈、不易腐坏、便宜而且能够隔热的材料，依然存在于我们的生活中，出现在免洗碗盘、生鲜容器、防撞包材等用途中。保丽龙做为最常见的包装、储藏材料，应用的数量非常庞大。因保丽龙的可塑性高、轻便、利于运输且具有保温作用，一直是全世界爱用的运输防撞材料，这项材料让人类生活更便利。然而保丽龙在环境中不易分解，若不慎处理，流入海中将会成为难以处理的海洋废弃物，我们要如何在化学材料带来的便利与环境保护做到完美平衡？或者更好的问题是，像保丽龙这样不易回收、难以分解的化学材料，为什么会抛弃式使用呢？化学材料的使用，要依照怎样的准则才能对环境更加友善？

应用化学技术带来永续发展的前景：绿色化学

无论是轻巧便捷的塑料、保丽龙材料或是帮助蔬果生产的农药肥料，都源自于化学工业在第二次世界大战后蓬勃发展，人们掌握了化学知识、并用以改善生活；化学工业的开端，似乎替人类的未来带来了光明的前景。1962年，瑞秋‧卡森（Rachel Carson）出版《寂静的春天》直指遭滥用的杀虫剂如DDT等对生态环境的影响。由这个时期开始，许多工业带来的污染问题也引起了人们对于化学物质使用的警觉。1990年，美国颁布了「污染预防法」（PollutionPrevention Act），文件中正式使用了「绿色化学（greenchemistry）」一词，鼓励各州由化学制程的生产源头减量废弃物的产生，并确立了低污染制程的研发。而在后续的发展中，「绿色化学」的概念持续发展。在化学品的制程中应该要遵循哪些原则，才能够避免对环境生态以及对人类的伤害？也就是要怎么做才是真正符合绿色化学的宗旨呢？1998年，阿纳斯塔斯 （Anastas, P. T.） 和华纳 （Warner,J. C） 在合着的《绿色化学：理论与实践》（GreenChemistry: Theory and Practice） 中提出12项原则（PRODUCTELVIY）[3]，这些原则普遍受到各界接受与引用：

1. P：Preventwastes （防废）：预先防止废弃物产生，胜过于制造后处理废弃物
2.  R：Renewable materials （再生）：物料的来源需要从可再生的方向来努力，将废弃的化学产品回收，转换成有用的资源，如无机金属的部分，可另外回收再利用。
3.  O：Omit derivatization steps （简洁）：制程中应选无毒或低毒物料，使用对人体健康、环境毒性最小或没有的物质
4.  D：Degradable chemical products （可解）：选择相同功能，但毒性最小的产品，产物在使用后，应可降解，而不会在环境累积
5.  U：Use safe synthetic methods （保安）：尽量不使用助剂（如溶剂、分离剂等），如需使用则选择较无害的物质
6.  C：Catalytic reagents （催化）：降低制程的能耗，尽量选择可于常温常压进行的节能程序
7.  T：Temperature, Pressure ambient （节能）：在技术可行和经济合理的前提下，尽量采用可再生资源代替消耗性资源
8.  E：E-factor, maximize feed in product （物尽）：使用最少的原料制造出最高比例的产物，让原料没有浪费，化学合成应注重原子经济效率（atomeconomy）
9.  L：Low toxicity of chemical products （低毒）：应尽量使用对人类和环境毒性最低的起始原料，这项原则另可扩大解释为选用低危险性制程
10.  V：Very few auxiliary substances （降辅）：使用辅助性的材料需考虑对于环境的影响，制程选择使用后可分解无害的化学品和产品
11.  I：In-Process Monitoring （监测）：在制程中实时监控有可能产生的有害物质，并尽量避免产生这些有害物质
12.  Y：Yes, it’s safe （思危）：使用与生产可降低意外事故（如泄漏、爆炸、火灾等）的化学品

绿色化学的核心即在于尽可能降低每个阶段产生的有害物质，并节省资源使用，包括：生产原料时消耗最少的资源与能源、制程中尽可能避免产生有害物质，而最终得以将化学与永续发展的精神结合。

有了绿色化学12项原则，实际该怎么做？

且让我们回到开头的故事：保丽龙经久不腐的特性使得它完全不适合作为用过即丢的抛弃式产品。2019年 1月1日，经过数年的诉讼，美国纽约市将正式禁用保丽龙餐具，引起了许多瞩目。但是仅仅禁用并没有真正解决人们需求，我们应当如何找出真正优良的替代品呢？参考绿色化学的第 4条原则：选择相同功能，但毒性最小的产品─现行最明显的替代方案即是以纸杯、聚丙烯等较易回收或分解的材料代替保丽龙，降低其废弃物的数量。但是，考虑到现行大量使用的抛弃式产品仍然会造成许多问题，采取第10条原则：设计可分解对环境无害的化学品与产品，或许才是对于保丽龙难题的真正解方。国内豪平台寻航科学家正努力找出保丽龙的替代方案：台湾工研院曾研发改良淀粉使其具有发泡特性，如能成功市场化，即可取代保丽龙的包装功能；而淀粉属天然材料，使用后即可掩埋自然分解。美国马里兰大学材料与工程学系2018年研究新发表的「Nanowood」则试图取代保丽龙作为建材隔热的角色。「Nanowood」中除去了木材中的木质素 （lignin） 与半纤维素 （Hemicellulose），内部余下的骨架纤维素纤维 （cellulose fiber）构造即可达到极佳隔热效果，再加上能制成的形状、厚度多元等特性，未来若能量产制作，有望能取代保丽龙，成为绝佳的隔热材料。另外，在寄送商品时，会在箱子内塞些填充物防止撞击，而这些填充物也研发出可降解的材料，让具长链分子的材料因紫外光、加热等自然环境因素，转化为能回归自然界中的元素，如二氧化碳、水等。

全球一同投入创意与研究达成「绿色化学」

除了保丽龙，化学工业的产品遍及我们的生活，尚待处理的「历史共业」还有很多，而这些化学物质的取代、制程的改良都需要许多人共同努力。美国环保署在1996年就设立了「美国总统绿色化学挑战奖」，针对「使用替代合成途径」、「使用替代反应条件」以及「设计较安全的化学品」颁发奖项，希望能鼓励相关的业者、研究人员投入与创意进行研发。有许多国家也立法具体限制化学产业制程中产生的副产品种类与浓度，如近年来逐步增加管制范围的「斯德哥尔摩公约」即逐步评估并严加管制化学产业制程中出现的持久性有机污染物。而针对温室效应与废气排放，美国、日本、欧盟等国家亦立法推行含有酒精的汽油，期望可降低废气排放，并减少对石油的需求。目前产业界可看到许多执行绿色化学精神的案例，需耗用大量水资源的钢铁业中，中钢由建厂初期每吨钢耗水10吨，降为近年的4.8吨，提升了用水回收再利用率；永光化学公司研发出加氢还原技术，取代染料制造业原有铁粉还原法，以解决产生大量含铁污泥废弃物的问题。人类科技、化学知识可说是一种双面刃，带给我们便利、舒适生活的化学工业，也是会造成失控环境污染的公害来源。而掌握这个双面刃唯一的方法，就是遵循绿色化学的宗旨，逐步改进目前的原料、制程、能源，怀抱着永续经营的理念，真正让化学带来未来的美好生活。