化學技術的功與過

現代人大部分都生活在一個充滿化學品的世界裏，化學技術的進步，使我們日常生活中的食、衣、住、行、育、樂充滿了便利性與多樣性。塑膠、醫藥、人造纖維、汽車、飛機等的發明與製造，無一不跟化學技術有關。

現代化學技術雖然帶來了許多好處，卻也帶來了不少壞處。最顯著的是，伴隨化學品製造或使用過程中所產生的污染物或廢棄物對大自然環境的破壞，如全球暖化造成氣候改變、南極臭氧層破洞、生物多樣性減少、水污染、空氣污染、土壤腐蝕、固體廢棄物及酸雨等。

污染的控制與預防

為了減少污染物或廢棄物對大自然的破壞，這些污染物或廢棄物就必須加以處理。許多業者在政府及環保團體的壓力下，已體認到處理的必要性。然而，這是一種屬於「末端處理」的方式，常會導致生產成本的增加，並不見得每一個廠商都願意積極從事這些工作。

一九七四年，美國3M公司提出「污染預防有利」計畫，強調污染物質是未利用的原料，而污染物質加上創新技術就是有價值的資源。簡單地說，就是一種污染物或廢棄物的減量或所謂的「清潔生產」的觀念，也就是利用相關技術，使所有的原料與能量在原料資源→生產→消費→二次原料資源的循環中，得到最合理及最佳的利用，而不致破壞環境。

解鈴人還是繫鈴人

污染物及廢棄物減量技術或所謂的資源化利用技術，很多也是與化學有關的技術，而且也唯有利用化學相關技術才能有效地處理。這樣的做法，從環境保護的觀點雖然非常有意義，卻由於必須使用到許多的化學相關技術，造成總成本的增加，而且當污染物或廢棄物資源化後的產品價格不高時，更無經濟上的誘因使廠商從事這方面的工作。

既然污染物或廢棄物的產生，是經由化學反應途徑造成的，最佳的處理方式，乃是從源頭就避免污染物的產生。因此，一九九二年美國環保署便開始推動「預防污染的另一途徑」示範計畫，研究新的或改善現有化學品及其製程，從降低污染源著手，達到廢棄物或污染物產量的最小化。從這個時候開始，便逐漸有「綠色化學」的概念了。

綠色化學的真諦

我們可用人體的健康來比喻綠色化學對環境保護的重要性。幾乎每個人都知道，維持健康之道是「預防重於治療」。同樣地，如果一家工廠在設計化學製程時，先分析製造途徑中使用的相關原料、化學品、能源等可能對環境產生的衝擊性，而選擇一個比較安全且清潔的綠色製程，不但可減低對大自然環境傷害，整體製造成本也可降低。

現代的營養學對於身體的預防保健，強調有機飲食習慣。我們每日三餐是人體生化反應及活動能量的來源，如果吃進或累積一堆垃圾食品，便會危害健康。崇尚自然的「生機飲食」有益人體健康就是這個道理。同樣地，比較安全而清潔的綠色製程，即是師法自然（如同光合作用）的省能源、化學品、原料及產生無毒副產物的一種製程。

綠色化學的策略–師法自然

綠色是一個明亮的大自然顏色，給人相當舒服與美的感覺。自然就是美，也就是這個道理。

綠色也是植物葉綠體的顏色。葉綠體是植物產生光合作用中相當重要的媒介物。光合作用是一種清潔的化學反應，利用日光能將水與空氣中的二氧化碳轉換成碳水化合物及氧氣，而無有害污染物產生。因此，以綠色化學的觀念來倡導透過化學技術或方法以減少或降低使用對人體健康及環境有害的物質，包括原料、試劑、溶劑、產品及副產品等，是頗為貼切的。

綠色化學的技術重點

在一般的化學合成反應中，副產品通常是污染物的主要來源。化學反應完成後，也常須進行純化分離手續，不論是溶劑萃取法或沈澱法，分離步驟中所使用的化學品，如溶劑，也是另一種污染源。

因此，綠色化學的技術重點在於使用污染性低的綠色合成途徑，包括使用有效催化劑或生物催化劑的製程、使用天然的製程如光化學及仿生化學製程、用無害或可再更新的原料等，也包括使用污染性低的反應條件，如使用對人類健康及環境危害較小的溶劑、避免及減少廢棄物逸散。而且也應著重在比現有化學藥品的毒性更低，或意外發生時更安全的化學藥品的使用與設計。

綠色化學的達成

化合物綠色合成製程中的原子利用　在化合物綠色合成製程中，要使副產物產量降至最低，就要提高化學合成製程中原子利用的比例。所要的反應生成物中，如果反應物裏的原子數百分之一百被利用時，這個製程便沒有廢棄物產生，也就是一種綠色化學製程。

要提高化學反應中原子利用比例最佳的方法就是運用觸媒，可使化學反應更有效率而且具反應選擇性，有利於所要的生成物產生，且會減少大量副產品。因此，在講求綠色化學的二十一世紀的化學製造業中，觸媒將扮演極為重要的角色。其中，由於異相觸媒沒有反應完成後觸媒再分離的問題，是最具綠色化學特性的觸媒材料。異相觸媒材料中，常見的有沸石、部分過渡金屬及其氧化物的支撐觸媒。

改用無害及可更新使用的化學藥品或溶劑　化學反應中常會使用到氧化劑、還原劑、溶劑等。一般常用的氧化劑為高錳酸鉀、過硫酸鉀、氧氣、過氧化氫、臭氧、一氧化二氮等。氧化過後，副產品愈少，該氧化劑愈接近綠色氧化劑。以過氧化氫為氧化劑的氧化反應副產品是水，整個製程的污染程度不會因氧化劑的使用而受影響。因此，過氧化氫有「清潔先生」的稱謂。雖然臭氧也是一種污染性很小的氧化劑，但是設備成本高，較少使用。使用二氧化鈦為材料的光觸媒氧化劑也是一種綠色氧化劑。

目前，化學反應中常使用各類溶劑，不管是揮發性或非揮發性的溶劑，反應完成後，這些溶劑的處理與處置都是大問題。由於各國法律對有機溶劑的管制相當嚴格，許多化學工廠紛紛採取對策，尋找綠色溶劑，包括研究使用水當溶劑的可行性、不使用溶劑的化學製程、使用超臨界流體如二氧化碳當作溶劑、使用新型離子液體取代現有的有機溶劑等。離子液體是一種有機鹽類，最適合於含有帶電荷反應物的有機催化反應，最常見的是有機季銨化合物。這種離子液體可溶解極性物質及非極性物質，溫度高至攝氏400度時仍是液體，且蒸汽壓極低。

使用天然的原料與製程　在大自然的物質循環裏，植物利用光合作用捕捉太陽光能量及二氧化碳加以固定，產生氧氣及碳水化合物。而各類植物是經過各種不同的生化反應後，產生各類蔬菜、水果供動物取用。動物的排泄物、遺體再經由細菌分解而釋回大自然，供應植物養分所需，這就是大自然的循環。

因此，從綠色化學來看，化學品的製造應該儘量改用天然原料，如植物油等，製程反應採用光化學或生化技術。使用天然原料製造的化學產品，安全性較高且易生物分解。

學習自然界的生物，採用光化學反應或利用酵素催化的生化反應，應是一種對環境友善的化學技術。

綠色化學的實例

目前，國外有許多工廠，均已朝綠色化學發展。例如，美國BHC公司開發出一種不含類固醇的消炎劑ibuprofen的綠色製程，是將原本需要六個步驟的程序減少至三個，且幾乎不產生污染，產品純度也高。

又如，美國Imation公司發展出一套不需使用濕式化學定影劑、顯影劑及清洗水的醫學用底片，其沖片是用熱來顯影，完全免除了使用化學藥劑對環境所造成的污染及人體的危害。

此外，製造耐龍66的原料己二酸，大部分以苯為原料，但是苯為致癌物質，而若以葡萄糖為原料，利用生化觸媒方式來製造己二酸，則是一種無毒的綠色製程。

結語

二十一世紀的化學技術應該是綠色化學技術的世紀，要達到綠色化學技術，有賴於對各種化學技術做更深入的探索，尤其著重對各種化學品分子層次的了解，以及觸媒顆粒奈米化相關技術的建立。