Transcript 化學中的清流∼對環境友善的綠色化學

化學中的清流～
對環境友善的綠色化學
Introduction：
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十八世紀在歐洲掀起第一波的工業革命後，大量的機器使
用代替人力，造就人類文明的快速進步與發展，但是隨著時間
的經過，也開始衍生許多環境上的問題與衝擊，例如：污染的
產生、能量與資源的浪費、生態的衝擊以及環境和氣候上的劇
烈變化等等。
人類的生活裡，舉凡食衣住行育樂各方面，幾乎樣樣都無
法脫離和化學相關。
我們來舉例說明三種在日常生活中不含化學成分的物質有
哪些？空氣嗎？(O2、N2都是化學物質中的純物質)水嗎？(水
也是一種純物質)花草茶？(含有多種香味的碳水化合物)
我們都是生活在一個”化學”的世界裡。所以隨著綠色觀
念的推廣，環保意識與永續生存發展概念的興起，「綠色化學」
也成了這波未來工業革命中重要的一個議題。
何謂「綠色化學」？
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「綠色化學」就是設計較為安全的化學品或是化學反應
過程來取代危險物質的使用，或是盡可能的減少與排除這
些危險物質對環境的衝擊。而為何需要致力於研究綠色化
學呢？
(1)森林與水中生態物種的減少。
(2)臭氧層的破壞。
(3)農業開發所造成下游環境的污染。
(4)海洋資源的污染，減少人類食物來源。
(5)不可分解化學品進入生態環境所造成之污染。
(6)溫室效應造成氣候的改變，影響水系統的平衡，產生
洪水、乾旱與海平面逐漸上升的問題。
「綠色化學」研究的領域範圍是非常的廣泛，
根據Anastas 所提，有12個基本法則
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預防廢棄物的產生。
資源的節省。
低/非毒性化學合成。
安全化學物質的使用及功效。
輔助物的減量使用。
降低設備對環境的衝擊。
再生原料的使用。
避免非必要性衍生物的產生。
催化劑的多選擇性。
無害且可分解性的化學品。
對污染的及時偵測。
減少化學意外災害的發生。
如何去建立或設計綠色化學？
什麼樣的條件才算是符合「綠色化學」？
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在美國環境保護署(U.S. Environmental Protection
Agency)的網站上(詳見文末網站導引)，有一個綠色
化學專家系統(Green Chemistry Expert System,
GCES)，提供使用者去建立綠色化學過程、設計綠色
化學或檢視綠色化學領域。
在RSC (Royal Society of Chemistry)之Green
Chemistry期刊中，2001年有兩篇論文(Green Chem,
2001, 3, 1; 2001, 3, 7.)當中有討論相關的判定標
準，亦可提供當作參考依據。
關於「綠色化學」的相關研究與實行
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發展中國家菲律賓為促進環保，國會能源委員會通過法案，
未來將以生物乙醇作為替代性的運輸燃料。
(生物乙醇是由稻草、果園中的斷枝殘株及其他農業廢物或動物體遺骸轉
換而成，再透過後續加工強化。)
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美國環保署於西元1996年設立一個美國總統綠色化學挑戰
獎(美國總統綠色化學挑戰獎The Presidential Green
Chemistry Challenge Awar Award)，每年都會針對三大
領域(使用替代合成途徑、使用替代反應條件、設計較安
全的化學品)之一，評選出得獎者。
得獎案例之一：中研院基因體研究中心主任翁啟惠院士，
於西元2000年榮獲此獎項之學術研究獎，以表揚他利用酵
素進行有機合成，發展出安全且無污染的新化學反應的貢
獻。
目前有關於綠色化學的研究相當多，下列舉
幾個比較新奇有趣的方向，供大家參考。
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把餐桌上的鹽巴(NaCl)以高溫融化用途或許不大，
然而於常溫下即呈現流體狀態完全由離子組成的
鹽纇(離子液體 Ionic Liquid)雖然外觀看起來像
水一般的平凡無奇，卻有可能是化學研究與工業
上用來取代一些有毒有機溶劑的綠色環保溶劑。
而離子溶液的特性大概有幾點：(1)幾乎沒蒸氣壓
力(2)不易燃燒性(3)可以調整結構改變性質(4)對
有機或無機金屬化合物有極佳的溶解度。目前離
子溶液大都被應用於分離技術、合成化學、材料
化學等等方面。
另一個有趣的例子就是超臨界流體技術
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臨界流體，是指物體處於其臨界溫度和臨
界壓力以上時，形成既非氣相亦非液相之另一
均勻相，此即稱為超臨界相(supercritical
phase)。此流體具有液體和氣體的優點，高擴
散性、黏稠度低和極高的溶解度等等，而超臨
界流體之所以引起廣泛的注意，最主要原因在
於不會對環境造成污染，是一種”乾淨”的溶
劑，常用的超臨界流體為二氧化碳(scCO2)。
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此技術已廣泛應用在材料清洗、天然產品萃取和環
境復育等諸多領域。德國就利用超臨界二氧化碳萃
取方法，取代有機溶劑，去除咖啡豆中的咖啡因，
但還保留咖啡香味。台灣的老牌食品「義美」是世
界第一家使用超臨界二氧化碳流體淨米技術，去除
米粒中殘留農藥與重金屬並且殺死細菌與蟲卵的公
司。此外，具有生物可分解性材料(Biodegradable
Materials)的研發，也是一個很受注意的方向，除
了能減少環境生態的衝擊，還可以解決石化資源日
趨減少的危機。美國明尼蘇達大學目前也發展了一
個以避免環境污染物為主的資料庫，可以提供有關
細菌或微生物催化的化學反應與生物可分解途徑相
關的資訊。
國際環境管理標準系統(ISO 14000)的發展，
更加速台灣綠色產業的推動
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在環保署與經濟部工業局也積極推動ISO14000系列與許多
相關綠色計畫，台灣企業界也進入一股綠色風潮，如何將
「綠色生產」到「綠色產業」連成一脈，是業界積極努力
的目標。
台灣半導體產業的龍頭—台積電，就積極推動PFC(多氟碳
化物)減量排放的工作計畫。
鋼鐵製造產業，其耗水一向非常驚人，但是中鋼已經達到
97%的用水回收再使用率。
在染料製造業中，由於過去的設備與技術的限制，多以鐵
粉進行還原反應，卻也因此產生了大量鐵污泥的廢棄物環
保問題，而永光化學公司，成功的研發加氫還原技術，取
代原有的鐵粉還原法，不僅解決了廢棄物的問題，更減少
生成物的流失，提升產率。
廢棄塑膠袋的處理不論採取掩埋(分解約需450
年)，燃燒或是回收再製都有其困難缺失
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近來有學者專家共同發展了利用農產品當原料並以細
菌為媒介製造出生物可分解的塑膠袋(NodaxTM) ，不
但對生態永續有益，相信對第三世界國家的經濟發展
亦有所助益。
我國也有廠商致力於發展生物可分解的環保玉米袋，
這是一種使用天然玉米當主要原料，不含環境難以分
解的PP、PE、PS、PVC等泛用塑膠成分、燃燒無毒素、
掩埋後可達60%以上自然分解的產品。
總結
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上述這麼多的例子，在在地說明綠色化學這個新
興的領域有其明確的科學法則，化學方法與技術。
「綠色化學」提供了一套可依循的研究法則，自
起始端的製程改變反應程序與強調能源和資源的
節省，可用來解決目前人類所製造的污染與浪費
的問題，而且落實綠色化學的執行，甚至可以使
化學成為環境保護與人類永續發展的先進學門。
從基本來說，綠色化學的推廣與實踐有賴於未來
的化學家，新一代學子完善的教育養成與貢獻。
相關參考文獻供讀者自行索引
*Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University
Press: New York, 1998, p.30.
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黃素清，美國綠色化學挑戰總統獎案例(一)，經濟部永續產業發展雙月刊，第9期，民國92年
06月15日
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基因體研究中心主任翁啟惠院士得獎摘要:http://www.epa.gov/greenchemistry/aa00.html
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Chemical Specialties公司網站：http://www.treatedwood.com
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DuPont公司網站： http://www1.dupont.com/NASApp/dupontglobal/corp/index.jsp
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The University of Minnesota Biocatalysis/Biodegradation Database:
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Http://umbbd.ahc.umn.edu
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(a)宏力生化科技網站： http://www.grace-bio.com.tw/
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(b)益欣環保科技公司網站:http://www.yih-shin.com.tw/index.htm
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Poliakoff, M.; Isao Noda P& Gamble Company Green Chem., 2004, 6, G37.
網站導引:
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綠色化學機構：
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(i) Green Chemistry Institute Home:
http://www.chemistry.org/portal/a/c/s/1/acsdisplay.html?DOC=greenchemistryinstitute\index.h
tml
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(ii) U.S. Environmental Protection Agency: http://www.epa.gov/greenchemistry
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(iii) 英國皇家化學學會: http://www.rsc.org/greenchem
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綠色化學相關教育網站:
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http://www.chemistry.org/portal/a/c/s/1/acsdisplay.html?DOC=greenchemistryinstitute\educati
on.html
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