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1、化學中的清流 以往有心拯救地球的學子， 到最後都變成環保運動人士， 絕少變成化學家，但現在他們可以走進實驗室， 以創造發明的方式來改變世界。 陳永祥張裕昌李雲嫦趙奕姼 對環境友善的 綠色化學 綠色化學的重要性 在18世紀歐洲掀起第1 波 的工業革命後禗大禛的機器代 替人力禗造就人類文明的快速 進步與發展。但是這些發展也 衍生許多環境上的問題禗例如 污染的產生、能禛與資源的浪 費、對生態的衝擊、以及環境 和氣候上的劇烈變化等等。 在人類的生活裡禗舉凡食衣住行育樂各方 面禗幾乎都無法離開化學。試想禗在家族慶生會 上禗大夥開心地交談和吃著美食禗忽然小女兒 葬：咦！這盒冰淇淋上面有好多看不懂的化學 成
2、分！這時學化學的爸爸笑著跟大家葬：讓 我們來舉例禗在日常生活中不含化學成分的物質 有哪些？空氣嗎？氧、氮都是化學物質中的純物 質；水嗎？水也是一種化合物；花草茶？是含有 多種香味的碳水化合物。由此可以了解我們都是 生活在一個化學的世界裡。 因此磿著綠色鶜念的推廣、環保意識與永禮 生存發展概念的興起禗綠色化學也成了這波 工業革命中的一個重譓議題。何謂綠色化學？綠 色化學就是設計蠹安全的化學品或化學反應過程 來取代危禠物質的使用禗或是盡 可能減少與消除這些危禠物質對 環境的衝擊。而為何譓致力於研 究綠色化學呢？由下列幾個因化 學物質或製程而導致的現象禗就 可知螏其重譓性。 首先大家可能常聽到氟氯碳
3、 化合物及溫室效應氣體導致氣候 的改變禗造成暴雨、乾旱、海平 面上升等禗而影響全球（包括水生和陸生）生態 57科學發展2005年12月，396期 隨著永續發展概念的興 起，綠色化學已成為 一個重要議題。所謂綠色 化學就是設計較安全的化 學品或化學反應過程來取 代危險物質的使用，或是 盡可能減少與消除這些危 險物質對環境的衝擊。 以豆類油脂產綾的生化柴油盚Bio-Diesel蔥為動力的巴士 在日常生活中到處都是化學物質，空氣中的氧、氮是 化學物質中的純物質，水是化合物，花草黧是含有多 種香味的碳水化合物。我們其實是生活在一個化學 的世界裡。 http:/www.soybean.org.tw/te
4、ch6-2.htm 攝影：張志玲 曾提出12個基本法則來落實綠色化 學的鶜念禗雖然有些項目在精神上有 重複之嫌禗但不失為相礽周延的提 醒。 綠色化學的發展 大家或許有許多疑問：我的化學 反應是綠色的嗎？如何建立或設計綠 色化學？是否有相關的資料可供查詢 或參考？在美國環保署的網站上禗有 一個綠色化學專家系統禗輔助使用者 建立符合綠色化學的化學反應與製 程。這系統仍在陸禮開發中禗雖不見 得完整禗但提供了化學家一個起點。 此外禗2001年的綠色化學 （Green Chemistry）期刊中有兩篇論文討論相 關的判定標準禗也可礽作參考依據。 基本上禗為了合成某種化合物禗 不單只是設計一套合成步驟禗而
5、是必 須發揮創意設計好幾套禗以評估其利 弊。因此禗合成知識（包括化學合 成、生物合成）的廣博、是否了解反 應機制、對化學毒性的涉獵深淺等成 58科學發展2005年12月，396期 系統的平衡。 其次是各類不易分解的化學物 質禗如重金屬鎘、鉛等禗以及長禮性 化學物質如DDT、多氯聯鵔、戴奧 辛、有機祖等都具有毒性禗進入生態 環境後禗會危害生態系中每一個物種 的生存。 更何況那些可累積在生物體中與 生物的動情激素 （包括雌激素和 雄激素）有類似化學結構禗可以模仿 或干擾生物的天然荷爾蒙活動的干擾 物（稱為環境荷爾蒙干擾物） 。近十 餘年來禗歐美地區發生有史以來最嚴 重的海豹與海豚感染犬瘟熱病菌死
6、亡、畸形青蛙死亡、雄性鱷魚的陰碣 短小、雌性軟體動物出現雄性器官 （稱為性變異） 、以及人類男性精子數 減少、發生攝護腺癌的機率增加等現 象禗都顯示生物族群（包括人類）的 免疫系統及生殖系統所發生的問題禗 與環境荷爾蒙干擾物有密切關係。 更糟的是禗透過母體懷孕和母乳 哺育禗母親會把體內的環境荷爾蒙干 擾物傳給下一代禗嚴重危及人類的健 康。 由這些密切相關的現象可以了 解禗綠色化學對生物的永禮發展 有關鍵性的影響。阿那司塔在1998年 乙醇汽油的推廣，是世界潮流的趨勢。 會喝酒的汽車！ 1. 預防廢棄物的產生。 2. 充分利用反應物的所有原子。 3. 設計合成方法時，儘量考慮反應物與生成物的毒性
7、。 4. 設計低毒性的化學品。 5. 少用或使用安全的溶劑與輔助物。 6. 為節省能源、降低環境衝擊，反應條件以常溫常壓狀態為主。 7. 使用永續資源為原料。 8. 簡化反應步驟，減少非必要性衍生物的產生。 9. 盡可能使用高選擇性的催化劑。 10. 設計可分解的化學品。 11. 污染物的及時偵測。 12. 慎選製程中的化學物質，以減少意外災害的發生。 綠 色 化 學 的 12 基 本 法 則 家禗目前不販賣一般汽油禗僅販賣乙醇汽油（乙 醇成分是25禗汽車需改裝） 禗不但降低環保問 題禗減少對石油的依賴禗還成為乙醇汽油的輸出 國禗利用其豐富的糖業資源禗養活廣大的農民人 口。台灣過去也曾是糖業輸
8、出大國禗不知螏在全 世界找尋替代能源的這波熱潮礽中禗是否能為農 民找回一些存活之螏。 許多專業團體與企業投注了相礽的心力在綠 色化學的研究與發展上禗例如美國化學會所成立 的綠色化學學院禗除了設立一些獎項外禗還提供 許多綠色化學的資訊禗如基本教育、資源與資料 等等禗大力推廣綠色化學。英國皇家化學學會於 1999年發行綠色化學期刊禗其中的文章主譓 強調如何針對環境保護或降低衝擊禗提供改善的 方法。 全球知名的杜邦 公司禗更是投入大禛 的人力與資金禗從事 研發某些常用化合物 的替代品禗以減少對 環境的負面衝擊。其 中一項最重大的成 就禗就是以氫氟碳化 物取代氟氯碳化物禗 大幅減緩臭氧層被破 了迎接挑
9、戰的決戰點禗這也意味著 新世代化學家的養成重點會與目前 有所不同。 關於綠色化學的研究、推 動與實行禗世界各國的政府機關、 學術界已開始參與禗並且設立相關 獎勵禗給予從事研究者相礽的肯 定。例如美國環保署於1996年設立 一個美國總統綠色化學挑戰獎禗每 年都會針對3大領域（使用替代合成 途徑、使用替代反應條件、以及設 計蠹安全的化學品）評選出得獎 者。中央研究院基因體研究中心主 任鯥啟惠院士禗就曾於2000 年榮獲這獎項的學術 研究獎禗以鈒揚他利用酵素進行有機合成禗發展 出安全無污染的新化學反應方式。 立法是另一種助力。菲律賓通過法案禗未來 會以礽地製糖業生產的乙醇做為汽油中的添加成 分禗可以
10、想見相關的研究與產業禗將在礽地發展 生根。另有許多國家及地區（如美國許多州、中 國大陸許多省分、澳洲昆士蘭省、歐盟國家、日 本） 禗也立法推動使用 E10及E20汽油（E10鈒示 燃料中有90汽油及10乙醇禗E20則鈒示乙醇成 分是20） 。使用E10乙醇汽油不必改裝車輛禗 又可以降低廢氣排放禛禗在石油價格節節高漲的 今日禗世界各國紛紛進行規模不一的推廣活動。 巴网是世界上最早立法推廣乙醇汽油的國 科學發展2005年12月，396期59 美國總統綠色化學挑戰獎 對環境友善之木材防腐劑 加壓處理木材是每年40億美元的產業，其中木材防腐處理的95是 使用鉻化砷酸銅（CCA） ，後來證實這些處理過的
11、木材有砷與六 價鉻釋出的危險，所以認為有必要研發CCA的替代品。 於是Chemical Specialties 研發新的木材防腐劑ACQ，此替代品除 了在使用上可避免有毒物質的釋出，更不會產生現今法定的有害廢棄 物。 此外還可以減少美國每年所使用4千4百萬磅砷化物中，90使用在 CCA製造上的使用量，同時也可以省去6千4百萬磅六價鉻化合物的使 用。此替代品的使用是近代污染防治的一個重要里程碑。 利用超臨界流體技術，可輕易除去咖啡豆中的咖啡因，並保留咖啡 的香味。 面。 超臨界流體所 謂超臨界流體禗是指 物質鼊於其臨界溫度 和臨界壓力以上時禗 形成既非氣相也非液 相的另一均勻相禗稱 為超臨界相。
12、這種均 勻相具有液體和氣體的優點禗包括高 擴散性、低黏稠度和極高的溶解度等 等。 超臨界流體技術 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 域禗在化學合成上研 究也有相礽久的歷 史。常用的超臨界流 體是二氧化碳禗而超 臨界二氧化碳之所以引起廣泛的注 意禗主譓在於它的臨界溫度近於室 溫禗在減壓狀態下可以輕易地與其他 60科學發展2005年12月，396期 搭配新研發的燃料電池，安靜無聲對汽機車來說不再是夢想。 shtml http:/www.honda.co.jp/news/2004/2040824c.html及 壞所帶來的環境衝擊禗此舉獲得美國 總統頒贈的最高榮譽國家科技獎 章
13、。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 庫禗其中提供兩種資訊禗一是可用頰 菌或微生物催化的化學反應禗另一是 生物分解途徑的相關資訊。 目前有關綠色化學的研究相礽 多禗不勝枚舉禗下列舉幾個比蠹新奇 有趣的方向禗供大家參考。 離子液體把貵桌上的鹽巴（氯 化鈉）以高溫融化後禗用途或許不 大禗但有些在常溫下就呈現流體狀 態禗完全由離子組成的有機鹽類（離 子液體禗ionic liquid） 禗雖然外鶜看來 像水一般地平凡無奇禗卻可能是化學 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。 離子液體的特性包括幾乎沒蒸氣 壓力禗具熱鐔定性且不可燃禗以及對 大部分有機或無機金屬化
14、合物都有極 佳的溶解度。有機溶劑常使化學家受 限於溶解度的問題禗且其高揮發性與 可燃性易造成污染與危禠禗離子液體 提供了一種完全不同的選擇。又由於 熱鐔定性佳禗把產物蒸餾出來後禗離 子液體還可重複使用禗達到溶劑減禛 的目的。目前離子液體大都應用在分 離技術、合成化學、材料化學等方 現在國內的產業、公司 基於環保的考量，也嘗 試使用綠色生產機制， 以求達到節省能源、資 源再利用與減少污染等 目的，朝綠色產業 的方向努力。 以二氧化碳超臨界流體清洗矽晶圓一般物質在不同的溫度及壓力條件下，會呈現固 態，液體和氣態，即所謂的三相。當溫度及壓力超過該物質的臨界點時，物質即進入 了超臨界狀態，此時流體已無
15、如液相與氣相共存時的明顯界面，超臨界流體兼具有如 氣體般的低黏度、高擴張係數、低表面張力，有如液體般的高密度、溶解能力，和對 物質的溶解能力可隨溫度及壓力改變等性質。 http:/nr.stic.gov.tw/ejournal/NSCM/9111/9111-03.pdf 化學物質分離禗沒有殘留的問 題禗是一種乾淨的溶劑。 低咖啡因咖啡豆的製造過程禗 就是以超臨界二氧化碳取代有 機溶劑禗不僅可去除咖啡豆中 的咖啡因禗還可保留咖啡香 味。台灣市面上也有以超臨界 二氧化碳為淨米溶劑的科技 米 。 氫氣電池有一則與綠色化學中積極研究的 燃料電池有關的趣聞。以氫氣為燃料的電池動力 車會釋放出水蒸氣而非二
16、氧化碳及其他有害氣 體禗是大家耳熟能詳的事。除了排出的廢氣成分 不同外禗其安靜無聲的特性也令人期待。不過 2005年最新發鈒的燃料電池摩托車（目前造價仍 高達8,300美金） 禗由於車子在行進間太過安靜禗 製造商為了安全上的考禛禗特別加裝了噪音裝置 來模擬一般引擎的聲音禗讓使用者在需譓知會其 他路人他的存在時禗可以打開噪音裝置以保護自 身與他人的安全。由這則新聞可以想見禗礽有一 天替代能源取代了石油時禗世界將與現今有很大 的不同。 國內現況與未來展望 在世界各國紛紛投入綠色化學的推動與綠色 環境的改造之際禗國內也積極在推動相關的措 施。現在國內的產業界基於環保的考禛禗也嘗試 使用綠色生產機制禗以求達到節省能源、資源再 利用與減少污染等目的禗朝綠色產業的方向 努力。此外禗國際環境管理標準系統 （ISO 14000） 的發展禗也有助於環保署與經濟部工業局推動台 灣的綠色產業。 台灣半導體產業的龍頭台積電禗就積極推動 多氟碳化物減禛排放的計畫。碤鐵製造業的耗水禛 一向非常驚
