过去二十年间，绿色化学运动有助于化学工业行为走向绿色环保，但是心态和观念的改变是缓慢的，变革的道路还很长。
绿色化学运动倡导者保罗·阿纳斯塔斯
1980年代后半期，全球化工行业开始明白，改变其环境污染的不佳“名声”、走向绿色环保已是刻不容缓。人们应该对1984年印度联合碳化物公司农药厂有毒气体泄露事故记忆犹新，这次灾难性事故直接造成至少3000人死亡，数十万人受到不同程度的伤害；同样让人记忆犹新的是1978年美国拉夫运河事件，一家公司掩埋在地下的有毒废物露出了地面，当地居民被迫离乡背井，有毒化学物质污染被发现几年之后，整个城镇被撤离一空。
即使是一些比较负责任的公司，在处理生产过程中的废弃物时不遗余力，但由于挥发性有机溶剂以及其他一些难以清理的化学物质之数量庞大，得到妥善处理的化学废料过去是、现在仍然只是其中的一小部分。根据美国环境保护署（EPA）最早的统计数据，1991年2.4万个地区产生的危险化学废物多达约2.78亿吨，这些危险化学废物大部分都来自化工企业。其中约30万吨的化学废物来自一家总部在美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司。其他一些石化巨头，如美国石油公司、杜邦公司等产生的化学废物数量之巨，也紧随其后。
绿色化学运动
为了应对日益严格的环保法规，化学行业广泛开展了通常被称之为“绿色化学”的运动――“绿色化学”一词是EPA化学家保罗·阿纳斯塔斯（Paul Anastas）于1991年提出的。绿色化学的目标并不仅仅是处理化学废物，阿纳斯塔斯认为，绿色化学包括从源头开始重新设计化学工艺，让化学工业整个产品的生命周期，从化学合成到化学废物的处置，都要更安全、更洁净、更节能高效；还包括尽可能的使用可再生原料，在常温常压环境中进行化学反应。最重要的是，从一开始就要尽量减少或消除有毒废物的产生，而不是事后花钱清理。“这才是更有效、更高效、更简单、更好的化学工业”，阿纳斯塔斯说。
绿色化学的理念说来简单，但要实现这一理念却绝不简单。美国宾夕法尼亚州匹兹堡大学的化学工程师埃里克·贝克曼（Eric Beckman）说：“如今一些公司非常注重其生产工艺的绿色环保” ，例如，2009年美国危险化学废物的总量比1991年下降3500万吨，这一年产生化学废物最多的帝斯曼北美化学公司仅为340万吨。
但是，任何化学生产工艺的绿化环保需要在各种利益、可行性和成本之间作出平衡，贝克曼说，绿色环保并不总会是赢家。此外，他还指出，迄今绿色化学运动主要集中于对现有工艺过程的逐步改善。“绿色化学运动还只刚刚开始，”贝克曼说，真正的“绿色革命”要从源头做起，重新设计化学工艺流程，所以说一切都还只是刚刚开始。
到目前为止，绿色化学的进展在一定程度上主要是技术的可行性问题。目前研究人员已开发出一些低毒性的工艺替代传统方法，一个典型的例子是超临界二氧化碳：普通无毒的二氧化碳加热和加压到“临界点”之上，即温度达到摄氏31.1度、压力达到7.39兆帕以上时，其气体和液体拥有的一些性能，可广泛用作一系列有机化学和无机化学反应的溶剂。
华纳-巴布科克绿色化学研究所所长、首席技术官约翰·华纳（John Warner）认为，绿色化学的进展得益于阿纳斯塔斯和他的盟友进行的宣传活动，阿纳斯塔斯于1991年提出的“绿色化学”已走出了关键的第一步，“绿色化学运动属于科学领域，区别于政治运动和社会运动” 。包括阿纳斯塔斯和华纳制定的旨在帮助科学家定义与实施绿色化学的一整套原则――绿色化学十二条原则。1995年，阿纳斯塔斯说服美国总统克林顿设立了“美国总统绿色化学挑战奖”，每年为实施绿色化学十二条原则做出贡献的公司和学者提供五个奖励名额。
制药界最欢迎绿色化学，也许因为它是最大的利益获得者。利用药用植物每生产一公斤药品，通常产生25至100公斤废料，这个比例被称为“环境因子”，即E因子。E因子定义为每生产1公斤期望产品与同时产生的废物质量的比值，E因子越大意味着废弃物越多，对环境的负面影响也越大；而绿色化学运动则为制药行业提供了更大的效率提升空间，从而大大降低成本。
例如，药品制造商辉瑞公司最早合成抗阳痿药物西地那非（伟哥）时的E因子为105。在1998年伟哥上市之前，辉瑞公司在英国桑威克一家制造工厂的一个研究团队重新审查了化学合成的每一个步骤，研究人员用毒性较低的替代品取代所有的氯化溶剂，然后采取了回收和再利用这些溶剂的一些措施，并去除了可能会导致灼伤的过氧化氢，包括取消了草酰氯的使用――一种在反应过程中产生一氧化碳形成安全隐患的试剂。通过实施“绿色化学”措施，辉瑞公司最终将伟哥生产的E因子剧降为8。
在此成功之后，辉瑞公司于2001年开始了系统的绿色化学工艺。例如公司将抗惊厥药物普瑞巴林（莱卡）的E因子从86降低至9，抗抑郁药物舍曲林和非类固醇消炎药塞来昔布也得到了类似的改进，仅这三种产品的生产就减少了50万吨化学废物。
创造性的化学工业
制药业竞争激烈，没有一家公司会忽视绿色化学的节能潜力。2005年首次由美国化学会绿色化学研究所召集的制药业圆桌会议以来，如今已拥有14个会员公司，共同对这一领域进行学术攻关，分享竞争前期的信息。
2002年，德国化工巨头巴斯夫引进了一个工业规模的生产工艺，该工艺利用环境温度离子液体去除反应混合物中的酸性副产物，一种常见的化学产品生产步骤，但以前却要比这繁琐得多。英国诺丁汉大学倡导绿色化学的化学家皮特·莱森斯（Pete Licence）指出，巴斯夫对绿色化学的拥护（该公司更愿意称之为“可持续化学”）远远不止于此，他们的工厂是以最大限度提高能源效率的标准设计的，拥有综合性的反应系统。在这个系统中，某个反应过程中产生的副产品可能就是为另一个反应过程准备的原料。
为减少对环境的污染，化学工业必须向绿色化学转型
尽管大型化学制品制造企业向绿色化学转型所需的结构重建进展一直相对缓慢，但这些企业的产品生产量比制药业要庞大得多，其制造工艺已高度优化，E因子通常在1到5之间，有时可能更低。
然而，对于一些特殊的化工企业来说，绿色化学并不总能得到经济上的回报。例如，英国的托马斯·斯旺公司在这条路上就走得很艰难，2001年，该公司在诺丁汉大学化学家马蒂·波利卡夫（Martyn Poliakoff）研究成果的基础上，开发了世界上第一个利用超临界二氧化碳溶剂的连续流动反应器。但是，托马斯·斯旺公司常务董事哈利·斯旺（Harry Swan）却感到很无奈，他说，没有政府的补贴，公司的产品在价格上无法与以非环保方法制造的产品相竞争。目前该设施已被封存，面临被淘汰的境地。
发展绿色化学所面对的另一个困难是技术。例如，即使经过数十年的研究，绿色环保溶剂并不总是比目前广泛使用的氯化溶剂效率更高。化学家也还没有完全摆脱包括对含有贵金属或有毒金属催化剂的需求，尽管一些乐观者认为，最终可能会通过酶技术的进步成为可能。如何利用生物质等可再生原料，而不是从原油中获得大量化学品，仍然是一个巨大的挑战。
对此，许多绿色化学的拥护者说，最根本的障碍是对于广泛采用绿色化学的心态上，这在很大程度反映了对化学人才的培养。“在美国，化学家可以得到专业方面的严格培训，但却不包括任何工程学、产品设计或生命周期分析方面的内容，”贝克曼说。
这种课程安排上的保守性也许反映了部分化学家对于绿色化学的消极态度，特别是在最初几年里，绿色化学在人们眼里显得模糊且不严谨。怀疑论者质疑“绿色化学”只是一个时髦的新词，是为了提高其环保价值而已。至今，怀疑主义并没有完全消失，在当化学家聚集在一起谈论绿色化学时，仍然会引来几声叹息声，华纳说。但是，随着研究的进展，怀疑的气氛已渐次减弱。例如，EPA在消除绿色化学障碍方面已经取得了进展，当研究人员在试图建立一个新的无毒的化学工艺制造过程中，不能确定某种化合物究竟是否属于“绿色环保”，也没有时间收集相关的毒性数据（这些实验通常都需要昂贵的动物实验）。
EPA对此给出了答案，他们开展了一项高通量筛选工程，称为ToxCast，于2007年开始在北卡罗来纳州三角园研究中心实施，ToxCast研究团队获得了1000种化学制品的动物毒理学数据，这些数据被用来构建统计和计算模型，这些模型可用来对任何化合物的毒性进行检测。
ToxCast的预测成本为每一化学制品20000美元，比起通常高达600万至1200万美元的动物毒理学试验要经济得多。因此，三角园研究中心负责这一项目的罗伯特·卡夫洛克（Robert Kavlock）说，如果这些模型可足以采信，“那么，我们就有办法解决化学品的毒性测试，而不用为昂贵的动物测试费用而担忧。”EPA的这一举措可有效帮助企业选择合适的化合物，推行真正的“绿色化学”。
如今，阿纳斯塔斯是EPA的研究主任，他一直在实验室工作人员会议上提出在全美国实现绿色化学的理念，使EPA摆脱利用条例规范和令行禁止的手段来达到这个目的，即一开始就在产品设计上采取减少或消除有害物质的合成方式。正如EPA负责人丽莎·杰克逊（Lisa Jackson）所说的那样，这就像预防疾病保证健康与有了病再去治病之间的区别。阿纳斯塔斯指出，在发展绿色化学上，人们的观念和心态的改变尤为重要。
资料来源Nature
责任编辑 彦 隐