化学与化工的永续发展-台大化学系.docVIP

化學與化工的永續發展　 劉 廣 定 國立臺灣大學化學系 引 言 「永續發展」（sustainable development）是近年來逐漸形成之一重要思潮。據1987年聯合國「世界環境與發展委員會（WCED）」報告書之定義，能滿足當代所需但不損及後代滿足其所需之發展稱為「永續發展」。這一觀念之形成，其來有自。 就以實體存在於世上之物質而言，約在十九世紀之前，人為製品鮮有不能化為腐朽、回歸天然者；會危害自然環境者也極少。十九世紀以降，由於科學與技術快速進步，特別是化學合成法日益發達，大量多樣新物質陸續問世，則漸生變。迄今已知的純化合物已逾兩千萬種，其組合物、混合物更不計其數，而其中極大多數皆非世所原有。雖近五、六十年來，因化學產品之助，人類生活品質大幅改善，健康與壽命亦顯著增進。唯於製造「有用」物之同時，也隨而產生了大量「無益」甚或「有害」於自然環境之物，破壞了自然界的循環與平衡，亟待挽救。 永 續 化 學 一般人常以為化學反應都像小學時就學過的氣體二氧化碳通入石灰水產生碳酸鈣一樣，反應完全且產物單純。實際的化學反應常不但不能完全反應而且生成物複雜，尤其是有機化合物的反應常有多種副產物，其中又包括許多無用的廢棄物。1992年荷蘭Delft技術大學Roger A. Shelton教授曾統計幾類化學工業製程所產生副產物之量，他用E因數 (E-factor) 表示得到每一公斤主產物時產生包括廢棄物在內的副產物公斤數（E = kg副產物/kg主產物）如下。 工業製程 每年產量（噸） E 值 原油煉製 106-108 小於0.1 工業化學品 104-106 小於1～5 精緻化學品 102-104 5 到大於50 醫藥化學品 101–103 25到大於100 換言之，以往雖因發明、生產成千上萬種新穎化學品，「造福」人類，但須耗費很多天然資源，而所產生的大量「廢物」更可能造成環境汙染。豈能等閒視之？ 近幾十年來，現代科學與技術以一日千里之勢突飛猛進，則使人因陶醉於科技成就之中，誤信已有能力征服自然，而忽略自然界漸遭過度開發及破壞卻乏適當補償所造成的「惡果」。一九五零年代後期日本因化學工業造成嚴重汞汙染導致了「水俣（Minamata）病」及鎘汙染導致了「痛痛（itai itai）病」，使人開始注意工業造成的「公害」問題。1962年美國《寂靜的春天》（The Silent Spring）一書問世後，更慢慢喚起了世人對保護其生存環境的重視，「環境保護」之意識也漸形成。到了1984年印度Bhopal地方化工廠異氰酸甲酯洩漏，死人數千，損失數億美元，各國「環保」意識幾乎都升到最高潮。唯大部分環保人士多年來為求「保護」環境，常持消極態度、負面行為對待科技發展、工業生產及開發建設。臺灣甚多環保團體及個人之觀念迄今依然，有Agenda 21）40章，將五年前所提出之「永續發展」界定其原則與推展計劃。1993年又成立了「永續發展委員會」（Commission of Sustainable Development），主掌宣導與推展。除加強世人認識自然、保護環境之觀念外，並採積極的態度以創新之發明與設計來促成世界進步，以使環境、經濟和人類社會得以同時永續發展。因此許多國家，國際性組織和學會都積極規劃與推動相關的研究、發展及宣導活動。與「永續發展」關係極度密切的「化學」自不例外。許多先進國家的化學和化工界實早已推動了不少有關的基礎研究和工業應用，有些國家且褒獎在與永續發展相關研究有成之科學家。例如美國自1995年起，英國自2000年起每年頒給「永續化學獎」若干，給予相關化學、化工上有卓越貢獻者。 十 二 原 則 依據1998年國際經濟合作及發展組織（OECD）主辦之「永續化學研習會」所下「永續化學」的定義是：「發明、設計和利用化學產品與化學製程，以EPA）的Paul T. Anastas博士和波士頓麻州大學的John C. Warner教授也在所著 Green Chemistry: Theory and Practice (Oxford University Press, 1998) 中列出「永續化學」的十二個原則，現已為化學界普遍接受。茲列之於下： 事先防止產生廢棄物勝於事後清除。 設計合成方法時應盡可能將所有反應物質轉變為生成物。 只要實際可行，製程採用之原料及預期之生成物應盡可能無害於人類健康與環境。 設計毒害性盡量減低但保持有效功能的化學產品。 溶劑、分離試劑等輔助品須盡可能採用無毒害性的，而且最好不用。 利用能量時須考慮對環境及經濟的影響，最好採用常溫常壓下的反應。 只要技術可行並符合經濟效益，應使用再生原料。 盡可能避免製造原非必要之衍生物。 優先考慮以觸媒性、且選擇性盡量高的試劑進行反應。 化學產品必須於用完後可以分解成無毒