炎炎夏日,當我們準備迎接陽光、走向戶外時,就會直覺拿起防曬乳仔細塗抹。這不僅是為了防止曬黑或老化,更是為了抵禦紫外線帶來曬傷、甚至是皮膚癌的風險——根據世界衛生組織(WHO)統計,全球每年有數萬人因過度暴露於紫外線而失去生命。
而對抗紫外線有兩種基本方法:物理性防曬與化學性防曬。
● 物理性防曬就像為皮膚穿上一層反光背心,主要成分為二氧化鈦與氧化鋅,它能直接將紫外線反射、散射出去,保護皮膚不受侵害。
● 而化學性防曬,則像是佈滿在皮膚上的無數個「能量轉換海綿」。它們會先將紫外線「吸收」進來,再巧妙地轉化為無害的熱能釋放掉,從而達成防護效果。
由於化學性防曬的質地通常更輕透、不泛白,使用體驗更舒適,因此成為市面上的主流選擇。而在這群化學防曬的候選物質中,應用最廣、出鏡率最高的,就是二苯甲酮(Benzophenone, BP)家族中的二苯甲酮-3(Benzophenone-3),簡稱 BP-3。
BP.3 對生物與環境的危害
但出鏡率高,不代表 BP-3 沒有問題。越來越多研究發現,BP-3 的影響力遠不止於我們的皮膚表面,同時也是一種內分泌干擾物質(Endocrine disruptor chemicals, EDC,俗稱環境荷爾蒙),會對人體產生生殖毒性及其他不良影響。
BP3 可能打亂身體的訊號
許多研究開始對 BP-3 提出警訊,尤其是在「內分泌干擾」方面。BP-3 的化學結構與我們體內的荷爾蒙(例如雌激素)長得很像,可以「假扮」或「干擾」荷爾蒙的正常作用,打亂原有的生理機能。
這些影響在孕婦與新生兒身上尤其引發關注。有研究發現,孕婦體內若有較高濃度的 BP-3,可能與孕期縮短有關。另外,BP-3 對胎兒的影響似乎還存在性別差異:可能導致男嬰出生時體重較重、頭圍較大,卻對女嬰的發育產生負面影響。甚至有研究將它與一種罕見的新生兒先天性疾病「巨結腸症」連結在一起。這些發現都暗示,BP-3 這類物質,可能正影響著我們身體的內分泌平衡與胎兒的早期發育。
從我們的身體,流入海洋的隱形殺手
BP-3 的影響力,並不僅止於人體。當我們在海邊戲水或回家沖洗身體後,這些化學物質便隨著水流進入海洋,對生態系造成衝擊。
最著名的受害者就是珊瑚礁。研究顯示,即使濃度極低的 BP-3,也足以在短時間內造成多種珊瑚的白化,甚至死亡。更令人擔憂的是,它的「親戚」——同樣是二苯甲酮家族的 BP-1 和 BP-8——對珊瑚的毒性,甚至比 BP-3 還要高出十倍以上。
珊瑚的哀歌只是海洋生態系警訊的開端。科學家們發現,這些化學物質同樣會干擾魚類的荷爾蒙系統、影響牠們的求偶與繁殖行為,甚至阻礙魚卵的正常孵化與幼魚的活動力。從斑馬魚到鬥魚,許多水生生物的生存都因此受到威脅。
因此,許多國家已經針對二苯甲酮對人體與環境的潛在危害,訂定使用限制。例如臺灣與美國FDA規定BP-3含量不得超過6%,歐盟則為10%;日本、澳洲等國亦有類似規範。2018年帛琉率先立法全面禁用含BP-3等10種成分的防曬產品,夏威夷州亦於2021年起禁止含BP-3產品的銷售,但未限制旅客攜帶。佛羅里達州、美屬維京群島等地亦跟進,顯示全球對二苯甲酮環境風險的重視日益提高。
農業廢棄物如何變身科技材料
那麼,面對像 BP-3 這樣流入水中的化學物質,我們只能束手無策嗎?答案,其實藏在稻田裡。
台灣是米食之鄉,每年收穫百萬噸稻米,也產生了等量的稻草。這些稻草若以露天焚燒的方式處裡,會產生大量溫室氣體與PM2.5,嚴重污染空氣,且政府也早已禁止這種做法。
但不燒稻草又該怎麼辦呢?其實也只能堆在田裡。看起來堆著沒什麼問題,但許多農民在準備下一季插秧、赤腳踩進水田時,都曾被這些稻草刺傷,成為農民的煩惱。
這時一個新想法出現,既然稻草和稻殼富含碳元素,我們能不能把它們變成吸附污染的活性碳呢?如果成功,這不僅解決了稻草問題,還能用來淨化我們前面提到的水中污染物,創造出完美的循環經濟。
活性碳之所以能吸附髒污,在於它擁有極度發達的內部孔洞,創造出巨大的「比表面積」。你可以想像,一公克的活性碳,其內部的孔洞攤開來,面積可能比一座籃球場還大!而「比表面積」越大,就代表能抓住的污染物越多。
過去,科學家們嘗試用各種活化劑來處理稻殼或稻稈,希望能讓製作出的活性碳有更大的「比表面積」。有些活化劑效果雖好,卻價格不菲或取得不易。
為了解決這個問題,我們研究團隊找到了一種簡易、便宜的做法,能將稻草轉變為活性碳:研究人員將稻草磨成粉,用特定比例的磷酸浸泡,先以 140℃ 的溫度「預烤」活化,再用 450℃ 的高溫「烘烤」碳化,最後用鹼性溶液「清洗」一番。
以這種做法做出來的「140-450-N」稻草活性碳,其內部比表面積不僅優於許多市售的活性碳,而且製作成本親民,一公斤大約155元。
不僅如此,「140-450-N」對我們前面提到的防曬乳成分 BP-3 特別有效。實驗證明,每一公克的稻草活性碳,就能吸附高達 127 毫克的 BP-3,在接近中性(多數河川湖泊的狀態)的水中,最高能去除掉 95% 的汙染!
透過廢棄物點石成金,將威脅農民與空氣的農業廢棄物,轉化為能夠捕捉環境荷爾蒙的淨水利器。這不僅是科學上的突破,更為台灣這片土地提出溫柔解方。
圖說:製成之活性碳對子顯微鏡照片;圖片來源:余國賓
1.蔡育瑋,稻草製備之活性碳去除水中二苯甲酮污染物之研究,國立陽明大學環境與職業衛生研究所 碩士論文
2.薛喆一,二苯甲酮污染物之風險評估及永續型處理技術之經濟評估,國立陽明交通大學 環境與職業衛生研究所 碩士論文