警钟:寂静的春天为了生物界共同美好的家园

2008-01-31 02:07:00

    涉及石化、轻工、化肥、农药、医药等众多工业的化学工业,在包括我国在内的许多国家都是一个重要的工业部门,是国民经济发展的基础产业之一。20世纪里,化学工业得到了蓬勃的发展,对人类寿命的延长、食品的供给、生活质量的提高等方面起到了关键的作用,奠定了现代生活的物质基础。

    然而,从20世纪50年代起,随着化工产品种类和生产数量的剧增,化学工业对人类健康的危害和对环境、生态的破坏也逐渐暴露出来。例如化学药物对人类和其它生物会产生至畸作用、剧毒化学品的泄漏和排放造成了频发的污染和中毒事件、制冷剂氟氯烃破坏大气臭氧层加强了紫外光照射使得皮肤癌发病率增加等;1962年女海洋生物学家Rachael Carson在其所著的《寂静的春天》一书中详细地叙述了DDT和其它杀虫剂对各种鸟类所产蛋的影响,说明使用DDT等杀虫剂后,通过食物链使秃头鹰等多种鸟类的数量急剧减少,使原来百鸟歌唱、叶绿花红的春天变得“一片寂静”。这就引起了大众的关心,这本书也被誉为警世之作。另外,随着对地球上矿物质资源的过度开采和消耗,也导致了日益严重的资源和能源危机,这些问题逐渐引起了各国政府、国际组织乃至整个社会的高度警觉,使得那些减少化学污染和降低资源消耗的方法、措施不断被采纳。

    回顾历史,环境保护和治理可以说经历了由先污染后治理到从源头消除化学污染的三个不同时期:

    20世纪中期,人们对化学物质的中毒的时间性、生物聚集作用和致癌性尚无所认识,对废水、废气和废渣的排放很少通过立法来限制,这时期的环保对策可以称为“稀释废物来防治环境污染”。之后,由于对化学品的环境危害有了更多的了解,就开始限制废物的排放量,特别是废物排放的浓度,这时期的环保对策就进入“管制与控制”的时代。于是对一些三废进行后处理才能进行排放,这样就开发了一系列废物的后处理技术,如中和废液,洗涤排放废气,焚烧废渣等等。目前,绝大多数的化工技术都是20多年前开发的,当时加工费用主要包括原材料、能耗和劳动力的费用。进入21世纪后,由于环保法规日益严格,因此,加工费用又增加了废物控制、处理和埋放,环保监测、达标、人身保险、事故责任赔偿等费用。1992年,美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元,清理已污染地区花去7000亿美元;1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元,环保费用为10亿美元。可见,从环保、经济和社会的要求看,化学工业的发展不能再走先污染后治理之路。

    1990年美国通过了“污染防止条例”(the Pollution Prevention Act),成为全国环境保护的政策,宣称环境保护的首选对策是在源头防止废物的生成,这样可避免对化学废物的进一步处理与控制。也就开辟了环境保护的第三个时期,即“从源头消除污染环境”的时期,不久即出现了“绿色化学”一词。

    绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学,而在其基础上发展起来的技术称为绿色化工技术、环境友好技术或清洁生产技术。绿色化学的核心是利用化学原理和方法从源头上减少或消除化学工业对环境的污染,即减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用,同时也要求不产生有毒有害的副产物、废物和产品。在一些国家,绿色化学亦被称作“可持续发展的化学”。国外有学者曾提出绿色化学的基本原则是:设计的合成方法应使生产过程中所采用的原料最大量地进入产品之中,以防止废物的生成,同时只要可能,不论原料、中间产物和最终产品,均应对人体健康和环境无毒、无害(包括极小毒性和无毒)。应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂,如不可避免,也要选用无毒无害的助剂;最好采用在常温常压下的合成方法,以降低能耗和其对环境的影响;原料要尽可能采用可再生资源代替消耗性资源;尽量不使用衍生物的方法,如采用限制性基因、基团保护/去保护作用及临时调变原料物理/化学性质的工艺;合成方法中采用高选择性的催化剂比使用化学计量助剂更优越;化工产品要设计成在其使用功能终结后,它不会永存于环境中,要能分解成可降解的无害产物。

    这些原则目前已为国际化学界所公认,它反映了进入新世纪后在绿色化学领域中所开展的多方面的研究工作内容,同时也指明了未来发展绿色化学的方向。目前在这方面的研究主是要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化展开的。

    绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿,它吸收了当代化学、物理、生物、材料、信息等科学的最新理论和技术,是具有明确的社会需求和科学目标的新兴交叉学科。从科学观点看,绿色化学是化学科学基础内容的更新;从环境观点看,它是从源头上消除污染;从经济观点看,它合理利用资源和能源、降低生产成本,符合经济可持发展的要求。目前,绿色化学作为未来化学工业发展的方向和基础,越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。

    1995316,美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”,并于1996年在华盛顿国家科学院颁发了第一届奖项。这是世界上首次由一个国家的政府出台的对绿色化学实行的奖励政策,其目的是“通过将美国环保局与化学工业部门作为环境保护的合作伙伴的新模式来促进污染的防止和工业生态的平衡”,美国总统绿色化学挑战奖共设立了变更合成路线奖、变更溶剂/反应条件奖、设计更安全化学品奖、小企业奖以及学术奖五个奖项。从1996年至2000年,已颁发美国总统绿色化学奖26项,另有提名的绿色化学项目283项,极大地提高了国家实验室、企业和学术界开展绿色化学的积极性,并体现了国家对将绿色化学原理应用到化学设计、加工和应用过程中所产生的技术的重视。

    日本在20世纪末开始实施重建内容为能源和环境技术研究开发的绿色地球“新阳光计划”,提出了“简单化学”的概念,即采用最大程度节约能源、资源和减少排放的简化生产工艺过程来实现未来的化学工业,为了地球环境而变革现有技术。指出,绿色化学就是化学与可持续发展相结合,其方向是化学的发展适应于改善人们健康和保护环境的要求。旨在把学术界和工业界的不同知识结合在一起,以发展创新并开创新的工业领域。

    其它国家如德、英、荷兰等以政府名义均提出了“为环境而研究”、为绿色化学而设奖的一系列重大举措。联合国环境规划署和世界银行将这方面颇有成就的荷兰所编制的若干清洁生产审核手册(包括通用性和业行性的)译成英文向世界各国推广。

    在中国,进入21世纪之前,制定了“科教兴国”和“可持续发展”战略,并于1993年在联合国环境与发展大会之后,编制了《中国21世纪议程》的政府白皮书,郑重声明了走经济与社会协调发展道路的决心。面对国际上风起云涌的绿色化学与清洁生产技术浪潮,有关部门和机构也开展了相应的行动。1995年中国科学院化学部组织了《绿色化学与技术—推进化工生产可持续发展的途径》院士咨询活动,对国内外绿色化学的现状与发展趋势进行了大量调研,结合国内情况,提出了发展绿色化学与技术、消灭和减少环境污染源的七条建议,并“建议国家科技部组织调研,将绿色化学与技术研究工作列入‘九五’基础研究规划”。1997年由国家自然科学基金委员会和中国石油化工总公司联合资助的“九五”重大基础研究项目《环境友好石油化工催化化学与化学化应工程》正式启动,项目涉及我国石油化工的一些重要过程,按导向基础性研究、技术可行性的初步探索和技术可行与经济合理性的重点探索三个层次,开展采用无毒无害原料、催化剂和“原子经济”反应等技术的探索研究,项目已在 此外,涉及绿色化学内容的早期学术活动在国际上,可追溯到19948月召开的第208届美国化学会年会,期间,举办了专题为“为环境而设计:21世纪的新范例”的讨论会,研讨了环境无害化学、环境友好工艺或绿色技术等问题。而1996年,久负盛名的哥顿会议(Gordon Conference)第一次以环境无害有机合成为主题召开,讨论了原子经济、环境无害溶剂等,这是在世界最高学术水平的学术论坛上首次讨论绿色化学专题,这次会议与美国“总统绿色化学挑战奖”一起,被时任美国化学会主席的R.Brealow在“化学的绿色化”的评论中称为1996年“两项重要的第一次”。次年8月在英国召开的1997年哥顿会议仍以绿色化学的有关内容为主题。

    以美国化学会、美国化学工程师协会等多家单位发起的第一届“绿色化学与工程会议”于19976月在华盛顿国家科学院召开,主题为“2020年的应用展望”,此后,每年举行一届会议,均包括一个绿色化学的主题内容。20016月召开的第五届会议的主题是“新一代的职业——新一代的工艺”,倡导大力开展绿色化学的教育。

    一种由英国皇家化学会主办的国际性杂志《绿色化学》于19991月创刊,其内容涉及清洁化工生产技术各方面的研究成果、综述和其它信息,并站在现代化学研究的前沿,涵盖了通过化学品的应用或加工来减轻对环境影响的所有研究活动。

    国内有关绿色化学的学术活动也很活跃。19975月,以“可持续发展问题对科学的挑战—绿色化学”为主题的香山科学会议第72次学术讨论会在北京举行。1998年在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会,此后,于1999年在成都,2000年在广州分别召开了第二、第三届研讨会,并编辑出版了各届会议的论文集。199912月,由国家自然科学基金委员会组织在北京举行了第16次九华科学论坛,从科学发展和国家需求的战略高度,对“绿色化学的基本科学问题”等举行了充分的研讨,并提出了如何在“十五”期间优先安排和部署我国在该领域的研究工作的意见。

    绿色化学虽然是近十多年才产生和发展起来的,但它已迅速成为当前和今后化学研究的热点和前沿,世界各国化学界已把“化学的绿色化”作为21世纪化学进展的主要方向之一,绿色化学与化工技术的发展主要包括以下一些方向,即正在大力开发的精细化工和功能化学品合成的“原子经济”反应;大宗有机化工产品生产的绿色技术工业化后又在进行着技术革新;化工生产过程代替挥发性有机溶剂的开发;大力发展可再生物质资源的利用技术;环境友好产品的设计、生产和使用;大力研究废塑料、纤维等材料的“闭路循环”回收和布署化工过程强化的研究和开发等等。

    上述不难看出。包括我国在内的世界各国都承担起促进和重建“21世纪新地球”的活动,并推动工业界、学术界和政府共同努力,把不同知识集结在一起,为了更清洁的地球而发展创新、开拓出一派绿色景象的人类和生物界美好的共同家园。□

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