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4.綠色化學於各產業之應用

  • 發布單位:綜合規劃組

在過去的三十年中,美國環境保護署(Environmental Protection Agency, USEPA)和美國化學學會綠色化學研究所(American Chemical Society Green Chemistry Institute)在促進污染預防和減少有毒物質的研究和教育方面發揮了重要作用,也同時促使全世界的政府和科學界認識到,綠色化學原則和綠色工程實踐不僅可以使地球更清潔、以及得以永續發展外,在經濟方面亦具有諸多積極的社會影響,這些益處鼓勵企業和政府支持符合綠色化學原則之產品和製程的開發。此外,自1996年以來,美國政府則是每年頒發一次總統綠色化學挑戰獎(Presidential Green Chemistry Challenge Award),以獎勵和慶祝每年度綠色化學方面的重大成就。

總統綠色化學挑戰獎(Presidential Green Chemistry Challenge Award)

 

本篇文章以下將列舉各項綠色化學於各產業之應用案例,以說明綠色化學此一概念如何深遠的影響了從藥品到家庭用品的廣泛領域,以及綠色化學如何為環境永續發展的營造提供了可行的途徑。


從研究到實踐

2005年,科學家因發現一種名為“複分解(Metathesis)”的化學催化反應過程而獲得了諾貝爾化學獎。該方法在化學工業中具有廣泛的適用性,不僅所消耗的能源顯著減少,並且有可能減少許多關鍵製程的溫室氣體排放。該方法在常溫常壓下可穩定進行,可以與綠色溶劑組合使用,並且可以產生較少的危險廢棄物。

而在2012年,Elevance Renewable Sciences公司則藉由發明易位分解天然油脂、並將其碎片重組為高性能化學品此一技術,獲得了美國“總統綠色化學挑戰獎”。該公司亦同時生產多種不同用途且符合綠色化學的特用化學品,例如其生產之高濃度冷水洗滌劑即可提供更好的清潔效果並降低能源成本。

研究人員

 

電腦中的積體電路

工業上為了製造電腦中的積體電路,需要使用到許多的化學藥品、大量的水以及高度的能源消耗。根據2003年進行的一項研究顯示,製造電腦中的積體電路其所需要的化學藥品及化石燃料總工業估算值(Industrial Estimate)為630:1!這意味著單單光是製造一個積體電路,其所需要消耗原始材料之重量是積體電路重量的630倍!而與之相比,製造汽車所需消耗原始材料之重量,就僅僅為汽車重量的2倍而已。

有鑑於積體電路的高耗能及高原料消耗特性,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)的科學家們開發了一種在積體電路製造步驟中使用超臨界二氧化碳的技術,該技術可顯著減少生產積體電路所需的化學物質、能源和水。此外,美國德拉瓦大學(University of Delaware)進行了一項計畫 - “由再生資源中尋找經濟可行之複合材料(Affordable Composites from Renewable Resources, ACRES)”,該計畫的計畫主任、同時也是德拉瓦大學化學與生物分子工程教授 - 理查·伍爾(Richard P. Wool)博士找到了一種方法,該方法可以使用雞毛製造電腦中的積體電路!理查·伍爾博士透過動物羽毛中蛋白質的角蛋白(Keratin)物質,製成既輕、韌性又足以承受機械和熱應力的纖維物質。經過測試,這種由羽毛中角蛋白物質所製成的印刷電路板,其工作速度實際上是傳統電路板的兩倍!儘管這項技術仍在為了可商業化而努力,然而將羽毛作為原材料這項技術已逐步應用於許多其他研究領域,包括用於生質燃料(Biofuel)之原料等。

積體電路

 

醫學與藥品

從過去以來,製藥工業就一直致力於尋找及開發副作用或是毒性較小的藥物。近期美國藥品商默克(Merck)公司和Codexis公司合作開發了西格列汀(Sitagliptin)的第二代綠色合成方式。這種新式的酶催化反應減少了無用物質的產生,提高了反應的產量和安全性,並且消除了對金屬催化劑的需求。

(譯注:西格列汀為JanuviaTM(佳糖維,一種第2型糖尿病的治療方法)中的活性成分)

除了西格列汀之外,在早期的研究中也顯示了新的生物催化劑亦可用於製造其他藥物,例如著名的學名藥辛伐他汀(Simvastatin)。辛伐他汀最初以商品名Zocor®出售,是治療高膽固醇的常用處方藥之一,傳統上製造這種藥物的多步驟化學反應方法使用了大量的有害試劑,並在此過程中產生了大量的有毒廢棄物。因此加州大學(University of California)的Yi Tang教授使用酶反應工程(Enzyme engineering)和低成本原料合成了一種合成物,並由生物催化公司Codexis對酶和化學過程進行了改善,其結果顯示新的合成物及合成方式大大減少了藥物製造過程中產生的危害和浪費,且價格上具有正向的成本效益,可實際投入於第一線的藥品生產。

醫療設備

 

可生物降解的塑膠

近年來,許多公司一直致力於開發可生物降解、或由可再生來源所製成的塑膠。例如位於美國明尼蘇達州(Minnesota)明尼通卡市(Minnetonka)的NatureWorks公司,該公司主要使用聚乳酸原料製造食品容器。近期NatureWorks的科學家發現了一種方法,該方法可利用微生物將玉米澱粉轉化為樹脂,而該種生物來源樹脂的強度,與目前常用於水瓶和優格瓶等容器的硬質石化來源塑膠相同。

此外,德國巴斯夫(BASF)公司也開發了一種廢棄後可用於堆肥的聚酯薄膜,稱為“Ecoflex®”,並使用這種聚酯薄膜製造和銷售完全可生物降解的袋子,稱為“Ecovio®”。Ecoflex®這種聚酯薄膜由木薯澱粉和碳酸鈣製成,並經過生物可降解產品研究所(Biodegradable Products Institute)的認證,可以在工業堆肥系統中完全分解成水,二氧化碳和生物質。而Ecovio®這種袋子在機能上可以抗撕裂、抗刺穿、防水、表面可印刷且具有彈性。若未來工業上推廣使用這些袋子來代替傳統的塑膠袋,將可使我們周遭大量的塑膠垃圾在環境中迅速分解,降低對環境的衝擊與危害。

可生物降解的塑膠

 

塗料

在工業上,傳統的鹼性塗料會釋放出大量的揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs),這些揮發性化合物會在油漆乾燥和固化時從油漆中蒸發掉,進而遷移到空氣中,而其中許多揮發性物質會對環境產生一種或多種影響。為了逐步降低傳統塗料對於人體健康與環境的衝擊,寳鹼公司(Procter & Gamble, P&G)和庫克複合材料與聚合物公司(Cook Composites and Polymers, CCP)研發了大豆油和糖的混合物,這種混合物與傳統化石燃料來源製成的塗料樹脂和溶劑相比,可降低50%左右的有害揮發物。

此外,宣威-威廉斯公司(Sherwin-Williams)開發了具有低揮發性有機化合物含量的水性丙烯酸醇酸樹脂塗料,該塗料可由回收的汽水瓶塑膠原料(PET)、丙烯酸樹脂和大豆油製成,這些塗料結合了醇酸樹脂的性能優勢和丙烯酸酯的低VOCs含量。在2010年,宣威-威廉斯公司製造了大量的新式塗料,並透過這些塗料消除了超過800,000磅(約362,874公斤)的VOCs逸散。

塗料

 

本文轉譯自美國化學學會(American Chemical Society, ACS)網站

Green Chemistry, Green Chemistry Examples

 

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  • 資料發布日期:111-08-05
  • 資料檢視日期:111-08-05
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