盧嘉瑩，熊犍

（華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

2023 年10 月23 日美國環(huán)保署（EPA）公布了2023年綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎的6個獎項獲獎名單。本次獲獎?wù)卟粌H設(shè)計了減少或消除產(chǎn)生和使用有害物質(zhì)的化學(xué)產(chǎn)品和工藝，還開發(fā)出了應(yīng)對氣候變化等重大環(huán)境挑戰(zhàn)的解決方案，刺激創(chuàng)新和經(jīng)濟發(fā)展。正如美國環(huán)保局化學(xué)安全和污染預(yù)防辦公室副助理署長 Jennie Romer 所說：“作為預(yù)防污染的一部分，所有人都受益于綠色化學(xué)的進步，特別是在居民持續(xù)遭受嚴重污染的地方”。現(xiàn)就今年獲獎的6 個獎項分別概括如下。

1 學(xué)術(shù)獎（Academic Award）

密歇根大學(xué)的Richard Laine教授團隊開發(fā)出多種農(nóng)業(yè)廢棄物（如稻殼）生產(chǎn)硅基中間體，并應(yīng)用于鋰離子蓄電池和超級鋰電容器等材料的方法而獲該獎。

每年全球都有數(shù)百萬噸的農(nóng)業(yè)廢棄物（如稻殼）作為燃料燒掉。由此而產(chǎn)生的稻殼灰（RHA）通常被填埋，但其含有大量相對純凈的碳和SiO2的納米復(fù)合物。目前，金屬硅通常用加熱石英與碳源（如煤）來生產(chǎn)。與目前的方法相比，Laine教授開發(fā)的工藝在更低的溫度下運行，需要更少的能源及更少的碳排放。

Laine教授的研究小組研發(fā)了多種精制RHA的方法，首先用稀鹽酸洗滌，然后將RHA 與己二醇堿反應(yīng)生成螺硅氧烷。螺硅氧烷可以直接被蒸餾出，留下的是貧化Si 的RHA。其中螺硅氧烷可以用來生產(chǎn)鋰離子導(dǎo)電聚合物，這種聚合物有望應(yīng)用于固態(tài)電池。而貧硅RHA 是正在處于熱點研究的一種很有前途的鋰離子電容器，而且可以很容易地轉(zhuǎn)化為SiC 和Si2N2O 作為鋰離子電池的陽極，其容量大約是目前使用的石墨/鋰陽極的3 倍。這些工藝將可取代傳統(tǒng)的無煙煤還原石英生產(chǎn)金屬硅所用的能源、設(shè)備以及CO2密集型工藝。

2 更加綠色化學(xué)品設(shè)計獎(Designing Greener Chemicals Award)

高樂氏（Clorox）公司因設(shè)計了一款獲得EPA環(huán)境設(shè)計（DfE）認證的消毒清潔劑EcoCleanTM獲得設(shè)計更加綠色化學(xué)品獎。DfE認證旨在幫助消費者識別有效、環(huán)保的產(chǎn)品。EcoCleanTM是一種基于乳酸的即用型消毒清潔劑，不含酒精、漂白劑，按照說明使用，在兩分鐘或更短的時間內(nèi)就能對99.999%的致病細菌進行消毒。無需個人防護設(shè)備即可使用，不會漂白表面。

EcoCleanTM的活性成分是乳酸，其酸性是醋酸的10 倍。作為一種消毒劑活性成分，乳酸的作用與其他有機酸類似，即通過使蛋白質(zhì)變性以殺死病毒，或降低pH 并擾亂細菌細胞內(nèi)的新陳代謝。然而，EcoCleanTM克服了以往乳酸通常只能殺死包膜病毒和某些細菌的缺陷。其他成分包括：最少量地使用了乳酸、非乙氧基化陰離子表面活性劑、N-?；被岜砻婊钚詣┖蜕倭科渌人幔@得優(yōu)異的清潔能力和抗微生物效果，甚至可以殺死諾如病毒及柯薩奇病毒。與該專利配方相比，其他使用乳酸作為活性成分的DfE認證消毒劑的活性成分用量增加了5～18倍。

3 更加綠色合成路線獎(Greener Synthetic Pathways Award)

Solugen 公司開發(fā)了獨特的BioforgeTM平臺而獲得本年度更綠色合成途徑獎。該平臺使用化學(xué)工藝將植物源物質(zhì)（生物質(zhì)）轉(zhuǎn)化為類似化石燃料制成的基本材料，而完全不會產(chǎn)生排放或浪費，包括水處理和洗滌劑材料。相較傳統(tǒng)化學(xué)制造工藝，BioforgeTM是具有更高產(chǎn)率和易本地化。該平臺可以制造出一系列高性能、具有成本競爭力和可持續(xù)的解決方案。與傳統(tǒng)設(shè)施相比，這種平臺消除了每年超過2000萬磅的有害化學(xué)品的使用，減少了3.5萬噸的二氧化碳當(dāng)量（CO2e）。

目前生產(chǎn)生物基化學(xué)品的方法多采用發(fā)酵或多相金屬催化，這兩種方法都會因碳損失而浪費原料，并且需要復(fù)雜的能源密集型下游加工。為了解決上述問題，Solugen 首創(chuàng)了BioforgeTM平臺，這是一種無細胞化學(xué)酶促生產(chǎn)工藝，其包括3個主要步驟，即無細胞酶促反應(yīng)器、金屬反應(yīng)器和蒸發(fā)器。這將發(fā)酵工藝的安全性和復(fù)雜合成能力與金催化劑的高生產(chǎn)率、高選擇性和高pH 耐受性首創(chuàng)地結(jié)合在一起。Solugen 將酶的生產(chǎn)與酶反應(yīng)分離，允許酶在一定溫度范圍內(nèi)、中性pH 下運作，這比發(fā)酵具有更高的生產(chǎn)效率，且解決了發(fā)酵受到活微生物需求的限制。Solugen 開發(fā)的金納米粒子催化可提供超過90%的碳產(chǎn)率和選擇性。在蒸發(fā)步驟中，Solugen 完全由風(fēng)能驅(qū)動的機械蒸汽再壓縮技術(shù)取代了傳統(tǒng)的天然氣動力蒸汽蒸發(fā)器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，以葡萄糖為原料的這種方法產(chǎn)量更高，釋放更少的CO2，零排放廢水。

4 更加綠色反應(yīng)條件獎(Greener Reaction Conditions Award)

Captis Aire 的一項待批的專利CAIRETM技術(shù)獲得了該項獎。CAIRETM將木材加工過程中產(chǎn)生的萜烯廢棄物轉(zhuǎn)化為有價值的化學(xué)品。這些萜烯濃度高于正常生物水平時，就會成為空氣污染物，并刺激眼睛、肺和皮膚，目前它們作為廢物燃燒，釋放溫室氣體。CAIRETM技術(shù)能夠回收木材加工過程中釋放的90%以上的萜烯，并將其轉(zhuǎn)化為許多有價值的化學(xué)品，包括用于生物燃料、香精和香料等產(chǎn)品的化學(xué)品。這些萜烯是在干燥新鮮松木的過程中釋放出來的，而該加工過程通常流行于農(nóng)村貧困社區(qū)。目前，通常的處理方法是在加工末端使用天然氣燃燒這些萜烯，釋放溫室氣體CO2。CAIRETM回收技術(shù)有4個步驟：①使用專用的、可重復(fù)使用的吸附劑吸附萜烯，以凈化空氣；②解吸，將萜烯以蒸汽形式釋放到氮氣中；③將蒸汽冷凝為液態(tài)萜烯；④通過過熱重新活化這些吸附劑介質(zhì)，使其產(chǎn)生最大的回收效率。最終這些萜烯可轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)品，廣泛用于生物燃料、香料、香料等。3 個成功的商業(yè)木制品加工案例表明：CAIRETM技術(shù)能夠減少溫室氣體排放，并將有害的松樹化學(xué)廢物轉(zhuǎn)化為純萜烯。

5 小企業(yè)獎 (Small Business Award)

Modern Meadow 公司因開發(fā)了一種更高效的紡織染色工藝平臺而獲本年度小企業(yè)獎。工藝平臺稱為Bio-FREED? （Fast Resource Efficient Enhanced Dyeing 的縮寫），由植物蛋白和生物聚合物的混溶混合物組成Bio-AlloyTM來提供支持。Bio-AlloyTM技術(shù)使用泡沫敷料技術(shù)，將精確的顏色量輸送到精確的位置。Bio-FREED? 是一種一步式連續(xù)染色工藝，與傳統(tǒng)的三步染色工藝相比，可減少高達95% 的用水量、80% 的染料用量，并減少約 67%的能源消耗。Bio-FREEDTM不需要單獨的步驟來固定染料，在染色過程結(jié)束時只需要一次或甚至不需要洗滌，而傳統(tǒng)染色需要4～7次洗滌。

這項革命性工藝以進行預(yù)染色或后染色（即服裝制作后染色），從而獲得額外的環(huán)境和供應(yīng)鏈效益，即將可染色蛋白質(zhì)功能精確傳遞到纖維表面的能力有望為紡織行業(yè)提供一條更環(huán)保的前進道路。

6 具體環(huán)境效益-氣候變化獎（Specific Environmental Benefit-Climate Change Air Company）

Air Company公司因開發(fā)一種CO2去除技術(shù)獲本年度特定環(huán)境效益-氣候變化獎。該技術(shù)將溫室氣體CO2作為化學(xué)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為更大的分子，然后可用于生產(chǎn)燃料和香水等其他產(chǎn)品。該技術(shù)既可從空氣中除去CO2，又可將其轉(zhuǎn)化為燃料（包括航空燃料）。

Air Company公司除去CO2的技術(shù)（CDR）是從捕獲CO2、H2O，可再生電力（來自太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力渦輪機）出發(fā)，模擬光合作用，將無處不在的CO2作為原料轉(zhuǎn)化為AIRMADE?甲醇、乙醇、石蠟和其他燃料等有機化學(xué)品，O2是唯一的副產(chǎn)品。即該技術(shù)利用可再生的電力將水分解成氫氣和氧氣，利用專有催化劑使氫氣與CO2結(jié)合，選擇性地生成甲醇、乙醇和石蠟。該工藝的碳凈排放量為負值，每生產(chǎn)1kg乙醇可從大氣中清除約1.5kgCO2。它的用水量僅為以玉米作為原料生產(chǎn)乙醇的1.1%。同樣地，AIRMADETM航空燃料CO2排放量比傳統(tǒng)航空燃料低90%以上，同時減少了對化石燃料的需求。