自从保罗·阿纳斯塔斯《绿色化学》一书出版之后,不仅在词典中多了一个新词，而且奠定了化工领域可持续发展的基本原则。而原材料的转换对目前的绿色化学有什么影响，本文将对此进行分析。

Kurt Wagemann  本文作者是德国德西玛化学工程与生物技术协会（DECHEMA）CEO。

随着著作《绿色化学：理论和实践》一书在1998年的出版发行，保罗·阿纳斯塔斯为他美国环境保护局的同事以及如今负责绿色化学研发组织和机构理性务实地提出了实现“软化学”愿望。几乎是在同一时间，德国的萨克森人也建立了自己的概念：绿色化学，后来又补充了绿色溶剂、绿色试剂等概念。但很快“绿色化学”这一概念在德国就遇到了麻烦，而且是由一股政治性思潮而带来的麻烦。如今使用的“可持续发展”概念，也常常用来表示“绿色化学”这一内涵。

这12个绿色化学的基本原则已经众所周知，这些原则中包括了以下几条：

化学反应应该是更好的催化反应（接触反应），而不是化学计量的反应；

使用不会对反应造成影响的稀释剂，最好是用水做稀释剂；

另外，评判化学反应质量好坏的基本标准是原子化效率，又称为原子经济。

这些原则也进入到大学课本之中，很多化学试验都禁止了“非绿色”试剂的使用和反应步骤、减少用量/配方剂量。而且，每一个学化学的大学生都会熟悉“原子经济”这个词。

化工企业明确地承诺遵守可持续发展原则。从塑料原材料的改朝换代大讨论开始企业就越来越多地使用生态平衡的工具了。时至今日，这一工具已经成为比较不同化工生产过程、不同化工产品的标准工具了。

绿色化学的12个原则

在许多人眼中，2003年提出的绿色化学12原则还比较神秘，因为它的定义非常严格。然而，它们的问世非常有价值：

防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多；

原子经济——应该设计合理的反应过程，使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中；

减少危害性物质的生成——使用可以行得通的方法，设计的反应过程只选用或产出对人体或环境毒性很小、甚至无毒的物质；

所生成的化学产品必须安全——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能，还应具有最小的毒性；

溶剂和辅料必须较安全——尽量不使用辅料（如溶剂或析出剂），当不得已使用时，应尽可能无害；

设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量，还应考虑对环境和经济的效益。设计的反应过程尽可能在大气环境的温度和压强下进行；

用可回收的原料——只要技术上、经济上允许，原料应能回收且其性质不会改变；

尽量减少副产物——应尽可能避免或减少多余的副反应（用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程），因为这些副反应在消耗原材料同时也会产生废弃物；

催化作用——催化剂（尽可能是具选择性的）应主要催化生成产品的反应；

产物可降解——按设计生产的生成物，当其有效作用完成后，可以分解为无害的降解产物，避免污染环境中不继续存在。
 
防止污染进程并对其进行实时分析——需要不断发展分析方法，实时分析监测，特别是对形成危害物质的控监测。

保证化学反应的安全防止事故发生——在化学反应过程中，反应物（包括其特定形态）的选择应保证将释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。

在这些原则公布10年或者20年后，能源和原材料的情况都发生了很大的变化，是否还需要为化学技术和化工技术再增加其他原则呢？

虽然这些原则中也提到了绿色化学和绿色化学要使用可再生的原材料，但这一要求是在当时孤立的使用古生物基石油的前提下提出来的，而如今的情况则更加复杂。在资源越来越少的背景下，化学工程师们今天讨论的是生物提炼概念下的梯次利用（Nutzungskaskaden）和综合生产（Verbundproduktion）。利用其他领域中剩下的残余液体，尤其是利用食品生产和纤维素生产过程中剩下的残留液体在梯次利用和综合生产中有着非常重要的意义和作用。另外，在使用过程中的竞争：一方面是与食品、饲料生产企业，另一方面是与生物质能源利用的竞争，以及满足水资源保护和自然保护的要求，这些构成了错综复杂的紧张局势。在这种情况下，化学只能以高效的工艺过程和高价值的产品才能维持自身的发展。

原材料的转换不仅包括可再生原材料的使用。在今后的几十年里，天然气、煤炭，也包括CO2都在化学、化工领域中发挥着重要的作用。而早先人们一直否认CO2与深藏地下的碳有任何关系。而如今，CO2则成了一种原材料，尤其是当目标物是一氧化碳和氧气。

原则上这不是什么新东西，利用Kolbe-合成技术生产苯甲酸是人们非常熟悉的化工工艺技术了。目前这一技术应用实例就是聚醚碳酸盐泡沫材料的生产。目前，在联邦教育与研究部（BMBF）的重点资助项目框架内已经制定了利用CO2作为原材料的研发计划了。在用甲醇“保存”氢时只是顺便提到了CO2。

可再生原材料需要新的合成技术

不仅是可再生的原材料，CO2也比最终产品含有更多的氧。这些氧在后来的化学反应、化学合成等化学转换过程中都要减少一些。还原反应过程以及反应过程中消耗氧及能源等，虽然是原材料本身具有的，但不能生成目标产物。对含有较高氧原子成分、尚处在研发阶段的中间化合物，最新研发提出了一个极具吸引力的解决方案。尤其是将这些中间产物作为聚酯和聚酰胺生产的原材料，例如二胺、二羧酸或者二醇类等则有着很大的兴趣。

合成天然气的反应可以替代这一方案。它不仅可以使用可再生的原材料来进行反应，例如木屑或者稻草，而且也可以使用其他替代石油的原材料，例如煤炭和甲烷。合成天然气是一种通用的、易于使用的原材料，利用这种原材料有可能开发出更多的使用可能性。除了众所周知的碳氢化合物或者甲醇生产方式之外，还需要开发其他中间产品的化工工艺方案，例如醇类或者脂类。

催化技术是可持续发展的关键

要实现可持续发展，催化技术是非常重要的关键技术。催化不仅仅是使用化学辅助材料时的关键（例如在Friedel-Crafts反应(付克反应）中的催化剂），而且是对反应过程的选择性控制，能够在反应残留物最小的情况下得到尽可能多的产品。这样可以实现能源消耗最少、原材料利用率最高。按照绿色化学的要求，还要求在较低的温度条件下进行反应。一般情况下，温度越低反应方向选择的可能性就越多。但不要忘记化学合成的过程中温度越高也就能够更加有效地回收使用化学合成后剩下的余热。

利用什么样的原材料能够更好地实现可再生利用，能够实现梯次利用是化工产品研发的方向，尤其在塑料产品研发中非常重要。回顾一下在塑料生产过程中忽略了CO2中多余碳元素，产品因为难降解而被限制使用。

水的重要性

在目前的化工原则中少了一个非常重要的原则: 对水的需求。这一原则即满足可再生的植物生长需求，也符合世界许多国家和地区的实际需要，适用于大型化工生产企业。这一原则对于世界各地的大型化工企业用水问题有着非常重要的意义，中国的情况已经清楚地表明：在扩大以煤炭为基础原材料的化工生产时，由于水资源的缺乏而收到了极大的阻碍。因此，从今天的角度来看，所列12条绿色化学的原则中第4条、第5条和第12条应考虑最小的耗水量进行修改和补充。

题图 巴斯夫公司的生物工程师Franz Gwiazdowski正在对运行中的5?000?L生物酶培养情况进行检查。不久的将来，白色生物技术将会接近或者赶上绿色化学技术

Kurt Wagemann博士

自2010年起， Kurt Wagemann博士任德国德西玛化学工程与生物技术协会（DECHEMA）CEO，自2011年2月7日起任斯图加特大学的名誉教授。自2006年起他一直在斯图加特大学教授“可再生原材料—生物提炼”的课程。除此以外还在马哥德堡市Otto von Guericke大学教授这门课程。

Kurt Wagemann教授生于1959年，毕业于慕尼黑路德维希-马克西米利安大学化学系。他在Gerhard Ertl教授的指导下完成了自己的毕业论文，并在马克斯·普朗克研究所获得了量子光学博士学位。1989年他加入了德国德西玛化学工程与生物技术协会（DECHEMA），并在研发规划和研发资助等部门中任不同的领导职务。