——訪中國科學院化學研究所研究員韓布興
 

 
    韓布興  中國科學院化學所研究員、博士生導(dǎo)師，英國皇家化學學會會士，國際純粹與應(yīng)用化學聯(lián)合會綠色化學分會主席，亞洲超臨界流體科學與技術(shù)學會主席，中國化學會化學熱力學與熱分析專業(yè)委員會主席，中國科學院化學研究所學術(shù)委員會物理化學學科組組長，并擔任北京大學、中國科學技術(shù)大學、天津大學和河北科技大學兼職教授。

    主要開展化學熱力學、綠色化學與技術(shù)方面的研究，包括綠色介質(zhì)（超臨界流體、離子液體、水等）體系的物理化學性質(zhì)研究，以及綠色介質(zhì)在膠體化學、化學反應(yīng)、高效催化劑設(shè)計與制備等方面的應(yīng)用研究，已完成或正在承擔國家自然科學基金重點項目和面上項目、國家杰出青年基金項目、973項目、863項目、國家七五、八五、九五攻關(guān)項目、國家攀登B項目、國際合作項目等40多項，獲國家和省部級科技進步獎4項；已授權(quán)和申請國家專利30余項；編寫、參加編寫專著5部。

 
      目前，世界人口不斷增加，資源短缺日趨嚴重，大量排放的工業(yè)污染物和生活廢棄物使人類的生存環(huán)境迅速惡化，人與自然矛盾日益激化，人類正面臨著前所未有的資源、能源和環(huán)境危機。如何妥善解決經(jīng)濟、資源和環(huán)境之間的矛盾已經(jīng)成為國際社會關(guān)注的焦點。綠色化學是對傳統(tǒng)化學思維方式的更新和發(fā)展，將帶來化學及相關(guān)學科的重大進步和生產(chǎn)方式的變革。

    記者：綠色化學與傳統(tǒng)化學的本質(zhì)性區(qū)別是什么？在幫助人類應(yīng)對未來挑戰(zhàn)方面，將扮演什么角色？

    韓布興：近20年來，以源頭上消除污染和安全隱患、節(jié)省資源為核心的綠色化學引起國內(nèi)外的普遍關(guān)注。綠色化學的主體思想是采用無毒無害的原料、助劑，采用原子經(jīng)濟性和高選擇性的反應(yīng)，生成環(huán)境友好的產(chǎn)品，并且經(jīng)濟合理。綠色化學的基礎(chǔ)是化學，并涵蓋了化工的內(nèi)容。從科學的觀點看，綠色化學是對傳統(tǒng)化學思維方式的更新和發(fā)展，需要化學家重新考慮重要的化學問題；從環(huán)境觀點看，與先污染后治理的傳統(tǒng)做法截然不同，它是從源頭上消除污染、與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的更高層次的化學；從經(jīng)濟觀點看，它要求合理利用資源和能源、降低生產(chǎn)成本，符合經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求。簡單地講，綠色化學可概括地描述為在反應(yīng)過程和化工生產(chǎn)中，不使用有害物質(zhì)，并盡量減少或不生產(chǎn)有害物質(zhì)和廢棄物。綠色化學的目的是將現(xiàn)有化工生產(chǎn)的技術(shù)路線從“先污染后治理”改變?yōu)?ldquo;從源頭上消除污染”。在解決經(jīng)濟、資源、環(huán)境三者矛盾的過程中，綠色化學的作用和地位日益顯著。近年來，綠色化學也被稱為“綠色與可持續(xù)化學”，充分顯示了綠色化學與可持續(xù)發(fā)展之間的密切關(guān)系。綠色化學與環(huán)境化學、清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟等有密切關(guān)系，但不是等同的概念。

    綠色化學要求在綜合考慮環(huán)境因素與社會可持續(xù)發(fā)展的前提下，重新審視傳統(tǒng)的化學問題。隨著全球性環(huán)境污染問題的日益加劇和能源、資源急劇減少，環(huán)境問題日益嚴峻，綠色化學已成為21世紀的主題，是化學學科發(fā)展的必然趨勢。對于化學工業(yè)而言，綠色化學是化學工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的科學和技術(shù)基礎(chǔ)，是提高效益、節(jié)約資源和能源、保護環(huán)境的有效手段和方法。綠色化學的發(fā)展將帶來化學及相關(guān)學科的重大進步和生產(chǎn)方式的變革。

Sineo公司是德國一家純植物試劑洗車公司，所用的植物性洗滌制品是與綠色化學品實驗室共同開發(fā)的百分之百的純植物，甚至可以喝下去。  圖為該公司總裁奧利維耶·德敘爾蒙正在展示無水洗車。

    記者：在未來綠色化學技術(shù)開發(fā)上，哪些關(guān)鍵問題值得我們特別關(guān)注？

    韓布興：發(fā)展綠色化學是一項長期工作，面臨一系列重要的挑戰(zhàn)和機遇。具體應(yīng)注重如下問題：

    綠色產(chǎn)品設(shè)計  綠色化學要求生產(chǎn)的產(chǎn)品對環(huán)境友好，設(shè)計過程中還應(yīng)考慮產(chǎn)品的生命周期、循環(huán)回收利用、環(huán)境和社會成本等。無毒化學品和材料、環(huán)境友好農(nóng)藥、可降解塑料、清潔燃料、綠色涂料等的設(shè)計和生產(chǎn)均屬綠色化學的重要內(nèi)容。另外，在設(shè)計用生物質(zhì)等可再生原料生產(chǎn)產(chǎn)品時，不但要考慮制備與化石原料產(chǎn)品性能類似的產(chǎn)品，更應(yīng)該根據(jù)可再生原料的特點，設(shè)計具有自身特色的、性能更好的產(chǎn)品。

    無毒無害及可再生原料  原料直接影響產(chǎn)品的設(shè)計、加工、生產(chǎn)等過程。目前廣泛使用的有機化工原料中，不可再生的化石原料所占比例很大，其中許多有毒有害，且終將枯竭。綠色化學要求化學品合成中所使用的原料無毒無害。為了滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，應(yīng)充分重視利用可再生原料利用，二氧化碳、生物質(zhì)、氧氣、雙氧水、廢舊塑料、黏土等無害及可再生原料的利用具有廣泛的發(fā)展前景。

 
    原子經(jīng)濟反應(yīng)與合成方法學  迄今為止，化學家已開發(fā)了大量化學反應(yīng)，但從根除環(huán)境污染和節(jié)省資源的角度考慮，化學過程中最好將原料全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，這樣不僅可以充分利用資源，而且生產(chǎn)過程中不排放任何廢物和副產(chǎn)品，實現(xiàn)廢物零排放。發(fā)展綠色化學合成方法和有關(guān)理論、探索原子經(jīng)濟性、高選擇性合成路線和途徑是綠色化學的重要內(nèi)容。

    綠色催化劑  催化劑在化學工業(yè)中占有重要的地位。目前采用的許多催化劑基于金屬，金屬儲量有限，甚至有毒有害。采用儲量豐富、便宜易得的原料設(shè)計和制備高效無害的催化劑具有重要意義。綠色催化劑應(yīng)具有高活性、高選擇性、性能穩(wěn)定、無毒無害、成本低、原料易得、制備過程對環(huán)境無害、容易回收利用等特點。綠色催化劑的開發(fā)和利用、催化和動力學理論研究是綠色化學的重要內(nèi)容。

    綠色溶劑  傳統(tǒng)化學過程采用大量有毒有害的揮發(fā)性溶劑，是造成環(huán)境污染和浪費的重要原因之一。水、超臨界流體、離子液體、聚乙二醇等都是具有各自特點的綠色溶劑，他們在化學反應(yīng)工程、材料科學、分離科學等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。有效利用綠色溶劑的特性提高生產(chǎn)效率、開發(fā)新的反應(yīng)和技術(shù)、制備高性能的材料是重要的研究課題。

    化石資源的綠色轉(zhuǎn)化與利用  雖然石油、煤等化石資源是不可再生的，并且在加工、使用過程中均對環(huán)境造成重大影響，但目前它們?nèi)匀皇侨祟愘囈陨娴闹匾馁Y源，是主要的能源和有機化工原料，這種狀況在近年內(nèi)難以改變。因此，在努力開發(fā)其替代原料的同時，對傳統(tǒng)工藝技術(shù)高投入、高消耗、高污染、低效益的方式進行改變極為重要。研究這些化石資源清潔高效轉(zhuǎn)化與利用的新思路、新途徑、開發(fā)新技術(shù)是綠色化學不可缺少的內(nèi)容。

    化學反應(yīng)強化  采用傳統(tǒng)的思路和方法開發(fā)新的重要反應(yīng)難度越來越大。化學學科和科學技術(shù)的發(fā)展為新反應(yīng)途徑的開發(fā)提供了有力的條件，這方面有很大的發(fā)展空間。應(yīng)充分重視現(xiàn)代科學技術(shù)在化學反應(yīng)及過程強化中的應(yīng)用。如利用太陽能實現(xiàn)熱力學上不能進行的新反應(yīng)，以及利用超聲技術(shù)、微波技術(shù)提高反應(yīng)效率等方面的研究，開發(fā)相關(guān)的技術(shù)。

    化工過程強化及集成  通過化工過程強化可實現(xiàn)在生產(chǎn)和加工過程中有效地減小設(shè)備體積或極大地增加設(shè)備的生產(chǎn)能力，顯著地提高能量效率和生產(chǎn)效率，減少廢物排放。新型反應(yīng)器和操作單元設(shè)計、高效工藝和技術(shù)設(shè)計、高效設(shè)備研究等對于生產(chǎn)過程綠色化十分重要，是綠色化學核心內(nèi)容之一。

    綠色化學評估標準建立  綠色化學不但要考慮每一個步驟的綠色高效，還要統(tǒng)籌考慮整個生產(chǎn)過程。判斷化學過程綠色程度需要建立評估準則和方法。目前已有一些相關(guān)的評估方法，但尚未形成共識。化學過程多種多樣，評估方法中涉及的參數(shù)較多。將綠色化學與應(yīng)用數(shù)學、計算機技術(shù)等相結(jié)合，建立科學合理、普適有效的定量評估標準勢在必行。

    記者：對當前中國來說，發(fā)展綠色化學意味著什么？綠色化學在中國是否得到足夠重視？

    韓布興：我國是人口大國，資源和能源相對貧乏，環(huán)境問題十分嚴重。近年來，我國國民經(jīng)濟增長速度很快，但由于技術(shù)落后和長期粗放管理，這種快速增長在一定程度上是以資源過渡消耗和嚴重環(huán)境污染為代價的。因此，發(fā)展綠色化學與技術(shù)對于我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和人民生活水平及質(zhì)量的提高具有特殊的意義。綠色化學不僅涉及對現(xiàn)有化學過程的改進，更涉及新概念、新理論、新反應(yīng)途徑的研究以及新過程和技術(shù)的開發(fā)。此外，綠色化學除涉及化學學科外，還涉及環(huán)境、生物、物理、材料和信息等諸多學科領(lǐng)域。我國應(yīng)進一步加強對綠色化學的支持力度，對環(huán)境友好產(chǎn)品的涉及、原料的綠色化、化學反應(yīng)強化，綠色化學工藝、綠色過程及系統(tǒng)集成、綠色化學評估準則等重要問題進行深入系統(tǒng)的研究，改進現(xiàn)有技術(shù)，開發(fā)和推廣新的高效綠色技術(shù)。

    中國是在綠色化學方面起步較早的國家。自1997年5月召開以可持續(xù)發(fā)展問題對科學的挑戰(zhàn)－綠色化學為主題的第72次香山科學會議以來，我國對綠色化學的研究和技術(shù)開發(fā)越來越重視。10多年來，我國的科研機構(gòu)和高校成立了多個綠色化學中心、研究所和實驗室。許多高校設(shè)立了綠色化學課程。許多綠色化學方面的項目得到了國家基金委、國家科技部、中科院等部門的資助。

    此外，我國非常重視相關(guān)學術(shù)組織的建立和學術(shù)交流。例如，2007年中國化學會成立了綠色化學專業(yè)委員會；1998年我國召開了首屆中國綠色化學國際研討會，至今已成功舉辦了9次；近年的中國化學會學術(shù)年會均設(shè)立了綠色化學分會；2009年，我國舉辦了第四屆國際綠色與可持續(xù)化學大會，國內(nèi)也出版了不少相關(guān)著作，如國家自然科學基金委資助出版了“綠色化學化工叢書”等。

    除了用作環(huán)保的化學反應(yīng)溶劑，離子液體也極有希望被用作潤滑劑、電解液、火箭推進劑等。圖為基于氨基酸的新一代離子液體結(jié)構(gòu)圖。