化學與社會

綠色化學(Green Chemistry) ― 拯救地球的未來
國立臺灣大學化學系名譽教授蔡蘊明

*藉本文向在臺灣推廣永續化學教育多年的尖兵劉廣定教授致敬

化學是最為貼近人類生活的學問，它雖是組成物質的基礎，其運作存在於各處卻不易發現，因此人們常忘記自身的存在靠得就是化學。理想上，人類若能夠完全掌握化學，就生命而言，化學將能解決疾病與老化的問題；就生存而言，化學將能解決飲水，糧食和能源的問題。隨著科技進步帶來的舒適，人類無盡的追求更高的享受，背後支撐著的有很大一塊來自於化學，但是我們必須清楚的瞭解，目前能量的主要來源，在於將化學能轉換成為電能。很不幸的，這導致了大量二氧化碳的排放，許多人認為這造成地球氣候型態的改變，因此近年巨大的天災頻傳，造成大量生命財產的損失。人類追求物質的享受，需要新的物質，提供新的功能，但是我們不能忘記，那些新的物質都是靠著化學方法來合成的，多少的大自然資源被消耗？多少的廢棄物質因此流入河川，埋進土壤，排放至大氣？人類追求食物的享受，為了速成，使用了各種藥劑和添加物，來幫助動植物的生長，和加速食物的製造與處理，在這裡化學品的運用也扮演了重要的角色，臺灣人近年來對此尤其是心有戚戚焉。每每當問題發生時，化學永遠是帶罪的羔羊，其實人類的無知和欲求才是罪惡之始。上述的誤解，甚至於被臺灣的一支著名廣告利用，在電視上宣稱某某工坊痛恨化學。筆者在課堂上則藉機告訴學生，如果你/妳痛恨化學，那就等同於痛恨生命，因為生命的根基就在於化學。

綠色化學的十二原則

化學固然是無辜的，但是要解決人類製造的危機，仍需要使用化學的方法。在進入二十一世紀之前，就有一批化學家開始鼓吹綠色化學的概念，其中最著名者為阿那斯特斯(Anastas)與華納(Warner)所提出的綠色化學十二原則，受到化學界廣泛的重視。在臺灣大學化學系的劉廣定教授，最早在臺灣推廣綠色化學的概念，認為必須將此概念透過教育植入民心，可惜曲高和寡效果有限。為了呼應劉廣定教授的努力，特此為文，依照綠色化學的十二原則來看化學未來應依循的走向，希望臺灣中等科學教育的工作者共同努力。劉廣定教授認為「綠色」的用詞過於偏狹，他覺得「永續(sustainable)」較為恰當，但是因為「綠色」較為直接，本文仍採用綠色化學來說明。

由於綠色化學十二原則內容有些複雜，英國諾丁漢大學(The University of Nottingham)的Tang、Smith 和 Poliakoff提出了 ”PRODUCTIVELY” 這十二個英文字母組成的單字，來幫助我們記得這十二原則[註]，此單字中每一個字母，代表一個原則，筆者也東施效顰，提出十二個中文字來代表：

廢物低    保降能    再簡化    可監危

與此十二字相對應的是

防廢、物盡、低毒、保安、降輔、節能、再生、簡潔、催化、可解、監測、思危

等十二個辭，以下針對這十二個原則做較詳細的說明。

防廢(P)

防範勝於治療，這個原則就是在設計化學製程的時候，或是有選擇的時候，要避免產生廢棄物，或採用產生最少廢棄物的方法。化學反應的產物，除了製造的標的物質之外，也常會有隨伴的副產物產生，如果副產物沒有利用價值，就成為廢棄物，也就產生後續處理廢棄物的問題。以圖1為例，讓我們來比較一個簡單的氧化反應：將1-苯基乙醇氧化成為苯乙酮。方法一運用具有毒性的鉻金屬化合物為氧化劑，此法需要用當量級的試劑，也就是說，要氧化三莫耳的1-苯基乙醇，需要用到兩莫耳的三氧化鉻，而且還需要用掉三莫耳的硫酸，除此之外產生了一莫耳的硫酸鉻，和六莫耳的水。當然水不被視為廢棄物，但是硫酸鉻是具有毒性的重金屬之鹽類化合物，不可隨意丟棄，增加了處理的費用。與方法二相比，用空氣裡的氧氣為試劑，藉著少量催化劑的幫助，亦可達到同樣的目的，但是沒有其它的廢棄物，二者的優劣非常明確。

圖1 將1-苯基乙醇氧化成為苯乙酮的兩種方法：方法一運用兩當量具有毒性的三氧化鉻，以及三當量的硫酸為試劑，產生三分之一當量的硫酸鉻和六當量的水；方法二則是利用催化劑的幫助，以氧氣來進行氧化，除了苯乙酮只另產生水。

類似方法一這種型態的化學反應，早年製造了許多廢棄物，排放到環境中所造成的污染，導致日後需要花費大量人力物力去整治，得不償失。所幸先進國家現在很注重這個問題，制訂了許多的律法來防堵問題的出現，但是在落後或法治不彰的國家，仍然是嚴重的問題。