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化學也能是「綠色」的?跟我們的生活有甚麼關係?

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2018/09/12 ・3735字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

  • 文/文詠萱

沒有理由讓這些不環保的用具(保麗龍餐具)繼續污染我們的街道、垃圾掩埋場以及河流

──紐約市長白思豪聲明,在法院宣布支持保麗龍禁令後[1]

1839年,德國藥劑師賽門 (Eduard Simon) 發明了發泡聚苯乙烯(Expandable Polystyrene,EPS),也就是大家所熟知的保麗龍。而 180 年後的今天,這種輕盈、不易腐壞、便宜而且能夠隔熱的材料,依然存在於我們的生活中,出現在免洗碗盤、生鮮容器、防撞包材等用途中。

保麗龍杯是很常見的免洗餐具種類之一。 圖/Steven Depolo@flickr

保麗龍做為最常見的包裝、儲藏材料,應用的數量非常龐大。因保麗龍的可塑性高、輕便、利於運輸且具有保溫作用,一直是全世界愛用的運輸防撞材料,這項材料讓人類生活更便利。

然而保麗龍在環境中不易分解,若不慎處理,流入海中將會成為難以處理的海洋廢棄物,我們要如何在化學材料帶來的便利與環境保護做到完美平衡?

人們貪一時之快,保麗龍卻會在地球上存留很久。圖/David Gilford@flickr

或者更好的問題是,像保麗龍這樣不易回收、難以分解的化學材料,為什麼會拋棄式使用呢?化學材料的使用,要依照怎樣的準則才能對環境更加友善?

應用化學技術帶來永續發展的前景:綠色化學

無論是輕巧便捷的塑膠、保麗龍材料或是幫助蔬果生產的農藥肥料,都源自於化學工業在第二次世界大戰後蓬勃發展,人們掌握了化學知識、並用以改善生活;化學工業的開端,似乎替人類的未來帶來了光明的前景。

1962年,瑞秋‧卡森(Rachel Carson)出版《寂靜的春天》直指遭濫用的殺蟲劑如DDT等對生態環境的影響。由這個時期開始,許多工業帶來的污染問題也引起了人們對於化學物質使用的警覺。1990 年,美國頒布了「污染預防法」(Pollution Prevention Act),文件中正式使用了「綠色化學(green chemistry)」一詞,鼓勵各州由化學製程的生產源頭減量廢棄物的產生,並確立了低污染製程的研發。

而在後續的發展中,「綠色化學」的概念持續發展。在化學品的製程中應該要遵循哪些原則,才能夠避免對環境生態以及對人類的傷害?也就是要怎麼做才是真正符合綠色化學的宗旨呢?

將化學與永續發展的精神結合,其實就是綠色化學的宗旨。圖/Robert Couse-Baker@flickr

1998 年,阿納斯塔斯 (Anastas, P. T.) 和華納 (Warner, J. C) 在合著的《綠色化學:理論與實踐》(Green Chemistry: Theory and Practice) 中提出12項原則(PRODUCTELVIY)[3],這些原則普遍受到各界接受與引用:

  1.  P:Prevent wastes (防廢):預先防止廢棄物產生,勝過於製造後處理廢棄物
  2.  R:Renewable materials (再生):物料的來源需要從可再生的方向來努力,將廢棄的化學產品回收,轉換成有用的資源,如無機金屬的部分,可另外回收再利用。
  3.  O:Omit derivatization steps (簡潔):製程中應選無毒或低毒物料,使用對人體健康、環境毒性最小或沒有的物質
  4.  D:Degradable chemical products (可解):選擇相同功能,但毒性最小的產品,產物在使用後,應可降解,而不會在環境累積
  5.  U:Use safe synthetic methods (保安):盡量不使用助劑(如溶劑、分離劑等),如需使用則選擇較無害的物質
  6.  C:Catalytic reagents (催化):降低製程的能耗,盡量選擇可於常溫常壓進行的節能程序
  7.  T:Temperature, Pressure ambient (節能):在技術可行和經濟合理的前提下,儘量採用可再生資源代替消耗性資源
  8.  E:E-factor, maximize feed in product (物盡):使用最少的原料製造出最高比例的產物,讓原料沒有浪費,化學合成應注重原子經濟效率(atom economy)
  9.  L:Low toxicity of chemical products (低毒):應盡量使用對人類和環境毒性最低的起始原料,這項原則另可擴大解釋為選用低危險性製程
  10.  V:Very few auxiliary substances (降輔):使用輔助性的材料需考量對於環境的影響,製程選擇使用後可分解無害的化學品和產品
  11.  I:In-Process Monitoring (監測):在製程中即時監控有可能產生的有害物質,並儘量避免產生這些有害物質
  12.  Y:Yes, it’s safe (思危):使用與生產可降低意外事故(如洩漏、爆炸、火災等)的化學品

綠色化學的核心即在於盡可能降低每個階段產生的有害物質,並節省資源使用,包括:生產原料時消耗最少的資源與能源、製程中盡可能避免產生有害物質,而最終得以將化學與永續發展的精神結合。

有了綠色化學12項原則,實際該怎麼做?

且讓我們回到開頭的故事:保麗龍經久不腐的特性使得它完全不適合作為用過即丟的拋棄式產品。2019年 1月1日,經過數年的訴訟,美國紐約市將正式禁用保麗龍餐具,引起了許多矚目。但是僅僅禁用並沒有真正解決人們需求,我們應當如何找出真正優良的替代品呢?

參考綠色化學的第 4 條原則:選擇相同功能,但毒性最小的產品─現行最明顯的替代方案即是以紙杯、聚丙烯等較易回收或分解的材料代替保麗龍,降低其廢棄物的數量。但是,考慮到現行大量使用的拋棄式產品仍然會造成許多問題,採取第10條原則:設計可分解對環境無害的化學品與產品,或許才是對於保麗龍難題的真正解方。

科學家正努力找出保麗龍的替代方案:臺灣工研院曾研發改良澱粉使其具有發泡特性,如能成功市場化,即可取代保麗龍的包裝功能;而澱粉屬天然材料,使用後即可掩埋自然分解。美國馬里蘭大學材料與工程學系2018年研究新發表的「Nanowood」[6]則試圖取代保麗龍作為建材隔熱的角色。

「Nanowood」中除去了木材中的木質素 (lignin) 與半纖維素 (Hemicellulose),內部餘下的骨架纖維素纖維 (cellulose fiber)構造即可達到極佳隔熱效果,再加上能製成的形狀、厚度多元等特性,未來若能量產製作,有望能取代保麗龍,成為絕佳的隔熱材料。另外,在寄送商品時,會在箱子內塞些填充物防止撞擊,而這些填充物也研發出可降解的材料,讓具長鏈分子的材料因紫外光、加熱等自然環境因素,轉化為能回歸自然界中的元素,如二氧化碳、水等。

美國馬里蘭大學材料與工程學系2018年研究新發表的「Nanowood」則試圖取代保麗龍作為建材隔熱的角色。圖/原始論文

全球一同投入創意與研究達成「綠色化學」

除了保麗龍,化學工業的產品遍及我們的生活,尚待處理的「歷史共業」還有很多,而這些化學物質的取代、製程的改良都需要許多人共同努力。美國環保署在1996年就設立了「美國總統綠色化學挑戰獎」,針對「使用替代合成途徑」、「使用替代反應條件」以及「設計較安全的化學品」頒發獎項,希望能鼓勵相關的業者、研究人員投入與創意進行研發。

有許多國家也立法具體限制化學產業製程中產生的副產品種類與濃度,如近年來逐步增加管制範圍的「斯德哥爾摩公約」即逐步評估並嚴加管制化學產業製程中出現的持久性有機污染物。而針對溫室效應與廢氣排放,美國、日本、歐盟等國家亦立法推行含有酒精的汽油,期望可降低廢氣排放,並減少對石油的需求。

圖/pixabay

目前臺灣產業界可看到許多執行綠色化學精神的案例,需耗用大量水資源的鋼鐵業中,中鋼由建廠初期每噸鋼耗水10噸,降為近年的4.8噸,提升了用水回收再利用率[10];永光化學公司研發出加氫還原技術,取代染料製造業原有鐵粉還原法,以解決產生大量含鐵污泥廢棄物的問題。[8]

人類科技、化學知識可說是一種雙面刃,帶給我們便利、舒適生活的化學工業,也是會造成失控環境污染的公害來源。而掌握這個雙面刃唯一的方法,就是遵循綠色化學的宗旨,逐步改進目前的原料、製程、能源,懷抱著永續經營的理念,真正讓化學帶來未來的美好生活。

參考資料

  1. Jorgensen, J., Goldberg, N., & Hussain, K. 6/13/2018 Styrofoam ban to start in 2019, Mayor de Blasio says Daily News
  2. 行政院環境保護署,綠色校園動起來 跨部推動作夥來,2017年。
  3. 蔡蘊明,綠色化學(Green Chemistry) ― 拯救地球的未來,綠色online高瞻自然科學教學資源平台。
  4. 周德璋,開創新局的永續化學:綠色化學:以友善環境為出發點的化學 (上) ,臺灣化學教育,2017年。
  5. 周德璋,開創新局的永續化學:綠色化學:以友善環境為出發點的化學 (下) ,臺灣化學教育,2017年。
  6. 李吉祥等人,綠色化學技術於工研院研發現況,工業技術研究院
  7. 蘇宇傑,臺灣發泡聚苯乙烯 (EPS) 回收策略之研究,2015年。
  8. 陳永祥等人,化學中的清流–對環境友善的綠色化學,科技大觀園,2005年。
  9. Li, T., Song, J., Zhao, X., Yang, Z., Pastel, G., Xu, S., … & Jiang, F. (2018). Anisotropic, lightweight, strong, and super thermally insulating nanowood with naturally aligned nanocellulose.Science advances4(3), eaar3724.
  10. 中鋼公司 社會企業責任報告書

延伸閱讀

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
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行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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・2020/10/08 ・72字 ・閱讀時間少於 1 分鐘

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化學物質要從源頭管理,但根本不用管理的化學物質不是更源頭嗎?──深訪化學局局長謝燕儒
鄭國威 Portnoy_96
・2020/06/09 ・7053字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

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「化學」,這個始自鍊金術,後成為科學領域之核心,由無數偉大科學家奠基的豐厚知識世界,意圖解釋跟發明所有物質與能量間的相互關係,多年來卻莫名其妙被貶為帶有污辱意味的形容詞。

就不提那些已經被批評到翻過來的「恨化學」、「不含化學成分」的莫名其妙廣告詞,在日常生活中,三不五時就會聽人以擔心跟質疑的語氣說出「那東西是化學做的嗎?」「我不喜歡化學調出來的。」「化學的不好啦!」等話語,甚至就出自不注意的自己口中。(我道歉)

也因此,當我知道政府新成立了「化學局」,我當下反應是:這個局會很累。

公部門 X 科學傳播專題的第四站,我們就來到化學局。這個全名為「行政院環境保護署毒物及化學物質局」的單位,並不座落於我們前陣子去過的環保署大樓裡,而是位在大安區大安路二段巷子裡,一棟看似公寓民宅的建築中;若是路過,絕對想不到有個政府單位在裡頭。

化學局局長謝燕儒。攝影/劉志恒

高大的謝燕儒局長熱情地跟我們打招呼,他皮膚曬得黝黑,短袖藍色襯衫外配有著環保署標誌的背心。我自我介紹完,開門見山就提問:大家那麼討厭化學,化學局該怎麼辦?

就愛(溝通)你 3000 次

「我個人覺得民眾是願意相信政府的,但要用專業讓他們相信。」謝燕儒樂觀地說,以這次的疫情為例,疾管署或指揮中心有很多醫療、公衛等專家對民眾說明,對於不正確的資訊也迅速以專業解釋釐清,民眾是清楚的、是相信的。

話說回來,他也不希望等到事情發生了,大家才認識化學局。化學局誕生自蔡英文總統第一任競選時提出的「食安五環」政見中,第一環的「源頭控管」,於 105 年底成立、106 年開始運作。後來前任行政院長林全給了化學局兩大指示:

除了做好化學物質的源頭控管,更要負責化學物質災害的預防整備。

事實上,在 102 年經濟部跟衛福部等單位就已經收集了「全世界曾經發生過食安問題的化學物質」,約有 57 種,大部分都發生在亞洲、而其中大部分又都發生在中國,臺灣很容易受影響,三聚氰胺就是一個例子。這 57 種中,化學局成立前已有 11 種被列管。

謝燕儒表示,接下局長一職後,檢討了歷來的食安事件,發現共通點是「溝通工作」不足。首先在業者這端,雖然有蓄意而為的,但許多是誤用、不小心,或以為傳承祖傳秘方就可用;在民眾端,也往往受外觀跟口味吸引,而沒在意其他細節。

既然要從源頭控管,就得從賣家的化工原料行開始。但過往環保署並沒有跟化工原料商家溝通的經驗,謝燕儒便從公會開始拜訪起。他表示公會的理事長們對業界有影響力,也願意配合政府。化學局便把「四要管理的資訊製作成大墊板,打算發送給化工材料行放在店面,比起口頭宣導或傳單更有效果,起碼不容易被丟掉。

不過溝通兩個字說起來簡單,做起來並沒那麼順利。謝燕儒表示,他們展開全面輔導訪查,結合地方環保局與化學局,發展一套紅黃綠燈的燈號與勾選表評分機制,從與老闆對談跟資料中,替每一家標上燈號。綠燈是沒問題、黃燈要特別注意、紅燈要特別處理。

前述 57 種化學物質中,針對 11 種已經公告列管的進行稽查。還沒公告的就跟業者說,政府將要公告。他說,「我們設定每年要去 3000 家。第一年嘗試,第二年再去。黃紅燈的會優先再訪,總之都得不斷重訪。發現紅燈變少、綠燈變多。這都靠溝通。」

源頭管理三支箭

謝燕儒說,化學局設有毒化物諮詢委員會,其任務是討論諮詢,從風險、毒理、健康等角度評定是否要將一種物質列為毒化物,前面提到 57 種中,尚未被公告列管有 46 種,因此化學局陸續在 106、107 年又公告了 27 種為「第四類毒化物」。

列管後,製造、輸入、販賣都要申請許可。

舉例來說,一種化學物質被公告列管後,販賣標示就要寫上禁止使用於食品及飼料,雖然之前業者會自主管制,但公告後就有法律要求。比較困擾的是,其實有些物質和食品添加物同品項,例如檸檬酸、小蘇打,只是沒有取得食品添加劑證號,但主成分其實一樣,但若同樣的東西可以用在食品添加物,卻被公告列為毒化物,在邏輯上很矛盾,民眾也會覺得怪怪的。

因此化學局推動修法,把《毒性化學物質管理法》,修正為《毒性及關注化學物質管理法。加了兩個字「關注」,擴大管理範圍,但也避免把所有物質都冠上毒化物的頭銜。這個法條文去年通過,今年初 1/16 生效,謝燕儒表示等疫情緩和,就會展開與外界溝通,陸續公告剩下幾種。

化工原料與食品添加物放置,應該分區並標示清楚。攝影/劉志恒

「輔導訪查,根據毒管法新增公告,修改法條擴大列管,這是我們的三支箭。」但每一箭射出去之前、之中跟之後,都有無數溝通工作,包括對廠商跟民眾,謝燕儒舉「玫瑰紅 B」被公告列為第四類毒化物,不能使用於食品之後,有一些老店跟消費者就納悶,「紅番仔米」用來做粿,以前用得好好的,怎麼現在就不能使用了呢?

謝燕儒坦承新增公告的確造成兩種反應,一種是消費者覺得買不到習慣用的,買合法的做起來又不漂亮,覺得不滿;另一種是質疑如果這種東西現在要管那麼嚴,那以前沒在管是怎麼回事?因此他認為「分眾」風險溝通便是關鍵。

粉絲專頁《生活中的化學物質》得到很好的迴響,已經集結成兩本書。攝影/劉志恒

他表示,目前實體管道透過與社區合作,例如補助社區辦理食安課程等活動,跟地方環保局一起告訴大家:隨著更新的科學證據出現,一些物質需要加強管理。網路這邊則透過自建媒體《生活中的化學物質》粉絲頁來宣傳,目前迴響很好,已經集結成兩本書,接下來還要加值運用,例如請局內同仁拿去廣播電台受訪分享、跟國語日報合作找插畫家來改編連載,創造故事跟角色。「風險溝通的素材我們要持續的做,累積材料、增加通路,另外接受廣播電台訪問等聲音素材,轉變為錄影影像可以再推出。」

正如亞里斯多德數千年前就歸納出來的溝通三要素──人格、情感、邏輯。謝燕儒認為就算民眾願意相信政府,也要讓訊息值得相信,讓專業的人講正確的話,對錯誤資訊快速反應,「政府有一個 222 原則: 2 個小時內提出、200 個字內容、2 張圖表。」

謝燕儒提到現在整個行政團隊之所以反應很快,是因為團隊會想好民眾大概會有哪些問題,同時機關裡有人扮演批評者,幫忙找盲點。「例如張署長常常扮演(批評者),幫我們找出問題。但老實講行政部門的人員固然很努力,但還是有限,需要外界力量來幫忙。」謝燕儒認為,政府習慣宣導用「我講你聽」方式,但民眾需要溝通跟互相理解。我聽他描述起這段關係,彷彿是猜不透情人心思的永恆難題。

把資料通通串起來

化學局的另一個任務,似乎就簡單明瞭了一些:防災!當工業廠區化學物質外洩或槽車翻覆的消息傳來,除了消防單位以外,化學局扮演重要角色。謝燕儒表示化學局這部分任務建立在以前環保署毒管處的預防整備,根據毒化物的分類、數量、儲存方式、運作過程等設定災害應變計畫書,並將資料放上毒化物管理系統。除了廠商要自主管理,化學局也要求廠商演練,有時還無預警測試,4000 多家業者組成 400 多組的聯防組織,然後再外掛消防單位跟環保署的環境事故專業技術小組

當一間工廠發生大火,消防單位可以立刻知道裡面有儲放哪些化學物質。這聽起來很理所當然的一步,跨得並不容易。之前消防單位透過消防檢查,獲得的資訊有限,不過在化學局統整超過 2500 萬筆、來自 48 個系統、9 個部會的資料,搭建起化學雲之後,如果工廠有申報購買資料,就能查詢到。現在消防單位通報,化學局就會運用化學雲資料和自己蒐集的資訊,把找得到的如化學物質種類、存放平面圖提供給消防單位。

謝燕儒接著指出,槽車翻覆事件跟工廠事件不同,馬路上隨時都可能發生,以前要通報了才知道。不過既然毒化物監控中心能監測運送毒化物槽車的即時位置,為何不讓消防單位也接上呢?他表示接上了之後,消防單位就能看到轄區內有哪些槽車在運送毒化物,不用等發生事情民眾通報才知道。「我們現在希望也跟交通部合作,一起把資料給消防單位。」

環境事故專業技術小組就像特種部隊,全臺灣以地區分目前共有八個小組。根據統計,每年化學局監控 400~500 件環境事故,需要出勤約 50 件,之中屬於毒化災的又更少。進一步分析,工廠火災最多、其次是槽車翻覆。火災事件也幾乎不是毒化物本身產生,而是火災之後受到波及。然而謝燕儒說:「比起緊急應變,我們更重視平常的輔導訪查,去看他們把化學品放在哪、路線怎麼走,若災害發生救災者要如何移動?先把將來救災的動線規劃好。」

借由愛環境資訊網,使用者能經由定位服務,得知所在地點的環境資訊。圖/截圖自愛環境資訊網

防災的重點還是溝通。謝燕儒認為民眾可能會擔心周遭的毒化災風險,所以他在社區知情權的概念基礎上將資料導入環保署的愛環境資訊網。這是我第一次聽說這個網站,打開之後看了也很驚訝,裡頭竟然結合了各個部會擁有的資料,例如氣象、空氣、並列出是否鄰近土石流潛勢區、環境設施如寺廟、加油站、掩埋場,是否有列管的污染源、附近方圓兩公里內公害陳情的類型比例等,網站做得蠻好的。謝燕儒說這是第一步,第二步是把各種化學物質若產生災害會造成當地的影響也列出來,考量包含風向、風速等風險。

「我們以六輕為例,遠遠聽到乓的一聲,發生什麼事了?要逃還是要躲?所以現在有細胞告警系統,假設六輕發生了狀況,在一定範圍內我們評估可能受影響的手機使用者,會先收到簡訊。地方有權限可以發布,整體計畫由化學局提報,所在地認為應該發就會發。」謝燕儒表示每個縣市每年都有一場演練,包含民眾如何疏散,但他覺得不太夠,不知道是他太憂慮還是我不夠憂慮。

我更好奇會不會「有人」擔心公布這些訊息造成恐慌,影響房價,來施壓?他說,一開始的確有關注,但該講的還是要講。事實上我還發現,在化學局的網站上,幾乎每一場化學事故,都被清楚紀錄成簡白的文章,供人檢閱,頗有「前事不忘,後事之師」的感覺,謝燕儒表示其實這些在化學局成立之前就開始做了。

107年全國毒化物事故應變案例研討會。圖/化學局

「我們對於前一年發生的毒化災案例都會詳實紀錄,每年邀請發生災害的單位開案例研討會,由事故業者他們自己報告。參加人數超過 400 人,整整一天到傍晚都沒有人提早走,每個案例都是他們未來可能的經驗,所以也想看別人怎麼做。我高興的是業者發生事故後自己願意來講,大家也提供意見來預防。我們也曾經一整年沒有比較重大的案例可以講,那麼就講國外的。」他略興奮地說。

業者得變強,環保署跟化學局自己也是。謝燕儒說:「我們署的同仁過去對於風險評估和風險分析的概念聚焦在技術與科學面,但在社會面,署長覺得要加強,便請化學局和環境保護人員訓練所合作,委託專業單位(現在是臺灣大學)設計課程,目前分別從科學面與社會面開兩門課,分成基礎班和主管班,每年四班,把過去發生的環保化災事件作為案例檢討,讓同仁把風險評估與風險溝通做得更好。將來會再把地方環保單位甚至其他部會納進來。」

綠色?還是化學?小孩子才做選擇,我全都要!

不過,聊到現在,化學局的工作好像都在補破網,雖然補的很用心,也都該趕快補,但有沒有哪些事是比較有未來性的呢?

嗯,的確有,那就是「綠色化學」!(仿哆拉A夢口吻)

等等,化學還有綠的?乍聽之下可能真的會誤會,不過這不是為了政治正確創造的新名詞,而是國際上已經推了超過 20 年的概念,是拯救地球未來的關鍵,也可以稱為「永續化學」。

關於化學局較具未來性的工作,謝燕儒局長說明綠色化學的益處。攝影/劉志恒

謝燕儒說,從前署長李應元開始,環保署就很重視綠色化學,張子敬署長接任後加辦內部研習營,鼓勵擴大推動綠色化學。「因為環保從末端處理很累,從源頭改變更好。」

然而在化學局成立之前,環保署的毒管處只有一、兩個科,光應付毒化災就沒力氣了,就算知道綠色化學重要,也沒辦法推。化學局成立後參考聯合國化學品管理策略方針的五大目標,才開始力推。「如果能做出根本不用管理的化學物質不是更源頭嗎?」謝燕儒研究美、英等國的做法,去年也請有綠色化學之父之稱的美國科學家 John Warner 來臺交流 。

綠色化學有 12 項原則,包含我們常聽到的減毒、預防、回收等,可拼成一個英文字 PRODUCTIVELY。謝燕儒表示,臺灣的化學化工產值名列全世界前 10,不管是製造或應用都很廣泛。但由於司法體系跟民情與英美等國不同,化學局希望以行政力量,例如法律規定、利益驅動、或銷售限制、要求繳交基金(編:毒物及化學物質管理基金)來提高成本等等,來引導業者自主地在製造跟輸入時,使用較低毒性或無毒性的物質。

「前年我去歐盟、瑞典、芬蘭等地的化學局參訪他們如何做循環經濟。在那裡使用特定化學物質需要登錄,登錄時會有許可期間,到期之前得提出替代作法,如去毒、減毒或者其他綠色替代方案,否則就失去許可、不能再用。在台灣我們是申請許可、時間到了就展延。」因此謝燕儒表示未來將參考歐洲國家的做法。他說去年化學局辦了第一屆的綠色化學應用和創新獎,業界參與度很高,他希望以這些走在前面、積極綠色轉型的企業為範例,透過他們來帶動整個產業朝綠色化學走。

沒有什麼改變可以跳過教育。雖然屬於環保署轄下,謝燕儒與教育部合作,推動從大專校院、中、小學到師資培育的綠色化學課綱設計,首先委託中原大學等學研單位試編課綱與教材,並提供經費鼓勵試教,嘗試融入中小學教材。除了本來就有的高中端競賽,去年也針對大學辦了第一屆綠色化學創意競賽

「我們也跟經濟部談,把經濟部的輔導獎勵措施跟我們的目標結合在一起,看能否提供租稅減免等。但的確是要很耐心地溝通。」他說,推廣綠色化學,需要一整個系統。看樣子化學局的科學傳播除了針對民眾、業者,面對政府內部,也不可或缺。

環團幫忙揪出問題,很棒;揪環團一起解決問題,更棒

等等,我還漏了一個,那就是「環團」。臺灣的環境運動風起雲湧,環團對政府的批評、抗議,阻擋了許多可能會讓臺灣人永遠後悔的開發、帶來很多正面的改變,但環團跟政府之間,難道就只有這種互動方式嗎?

透過政府機關、環保團體的合作,謝燕儒局長期待除草劑的濫用問題得以解決。攝影/劉志恒

謝燕儒分享了一個可能,是一段關於愛與除草劑的故事。除草劑,是化學物質沒錯,不過……這應該是農委會(例如我們前陣子才採訪過的防檢局)在管吧?

「農委會是用《農藥管理法》,裡頭講得很清楚,除草劑是農藥的一部分,只能農地農用,那非農地非農用能不能用?」等等,這邏輯好像有點燒腦,但他說這樣的案子層出不窮。像是在一般的空地、河川地、甚至公園,為了快速除草,有的鄉公所就會用除草劑,儘管快速方便,但後患很多,除了讓很多其他花花草草都死絕,更讓仰賴這些花草的小動物、昆蟲也中毒,進而影響整個生態系。荒野保護協會在十多年前就發現地方濫用除草劑,爾後持續呼籲禁用或少用除草劑,然而農地農用有人管,非農地非農用沒人管,他們只好請立委開記者會,控訴政府互踢皮球。

於是當時的行政院長賴清德在食安會報上裁示,農業部分由農委會做好源頭管理,非農業部分由環保署協助地方政府,建立制度。化學局便與農委會防檢局合作,而根據謝燕儒的親身經驗,民眾真的不知道不能隨便用除草劑。

「我家有一塊地,因為是堂兄弟八個共有,長了雜草被別人檢舉得去整理。堂哥說那請人來噴除草劑。」謝燕儒當時連忙說不行。他表示民眾普遍認為要除草就是噴除草劑,但不知道對土壤跟生態有長期的影響。因此化學局和防檢局分進合擊,到處宣導非農地不能使用除草劑,至少讓公家機關部門不再用。

接著化學局跟農委會、荒野保護協會一起訂定非農地環境雜草指引」,告訴大家要除草可以先整地、覆蓋、或人工除草。非逼不得已不用化學性防治。指引出來後交給地方政府,再給鄉鎮公所。而當地方經費跟人力不夠,化學局就委託荒野和在地社團協助宣導,進社區進行風險溝通。

「荒野協會全台灣有分會,他們可以告訴我們哪些非農地依舊使用除草劑,我們再行文給各縣市政府,環保和農業單位去稽查;稽查後我們補助團體再去做宣導,一次又一次。」謝燕儒說。

「最近我有事情跟堂哥聯絡,他說難怪最近水利會都用割草的不噴藥了,他也不能買除草劑了因為農民才能買。」謝燕儒對這樣的改變很高興,認為這證明化學局能結合社區、環團、跨部會一起合作……「不過,那你家那塊地怎麼辦?」我追問,心想難道局長就把鍋甩給堂哥,要他拿鐮刀自己割?

他笑著說:「我買了低噪音、無廢氣的電動割草機,隔幾個禮拜自己去割一次。那塊地一開始很亂,後來定期去割,附近鄰居都說讚,而且常常去清其實也比較輕鬆,不會被亂丟垃圾。」

這下我知道謝局長為什麼曬得那麼黑了。

#也想玩電動割草機


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鄭國威 Portnoy_96
247 篇文章 ・ 708 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。

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化學也能是「綠色」的?跟我們的生活有甚麼關係?
行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2018/09/12 ・3735字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

  • 文/文詠萱

沒有理由讓這些不環保的用具(保麗龍餐具)繼續污染我們的街道、垃圾掩埋場以及河流

──紐約市長白思豪聲明,在法院宣布支持保麗龍禁令後[1]

1839年,德國藥劑師賽門 (Eduard Simon) 發明了發泡聚苯乙烯(Expandable Polystyrene,EPS),也就是大家所熟知的保麗龍。而 180 年後的今天,這種輕盈、不易腐壞、便宜而且能夠隔熱的材料,依然存在於我們的生活中,出現在免洗碗盤、生鮮容器、防撞包材等用途中。

保麗龍杯是很常見的免洗餐具種類之一。 圖/Steven Depolo@flickr

保麗龍做為最常見的包裝、儲藏材料,應用的數量非常龐大。因保麗龍的可塑性高、輕便、利於運輸且具有保溫作用,一直是全世界愛用的運輸防撞材料,這項材料讓人類生活更便利。

然而保麗龍在環境中不易分解,若不慎處理,流入海中將會成為難以處理的海洋廢棄物,我們要如何在化學材料帶來的便利與環境保護做到完美平衡?

人們貪一時之快,保麗龍卻會在地球上存留很久。圖/David Gilford@flickr

或者更好的問題是,像保麗龍這樣不易回收、難以分解的化學材料,為什麼會拋棄式使用呢?化學材料的使用,要依照怎樣的準則才能對環境更加友善?

應用化學技術帶來永續發展的前景:綠色化學

無論是輕巧便捷的塑膠、保麗龍材料或是幫助蔬果生產的農藥肥料,都源自於化學工業在第二次世界大戰後蓬勃發展,人們掌握了化學知識、並用以改善生活;化學工業的開端,似乎替人類的未來帶來了光明的前景。

1962年,瑞秋‧卡森(Rachel Carson)出版《寂靜的春天》直指遭濫用的殺蟲劑如DDT等對生態環境的影響。由這個時期開始,許多工業帶來的污染問題也引起了人們對於化學物質使用的警覺。1990 年,美國頒布了「污染預防法」(Pollution Prevention Act),文件中正式使用了「綠色化學(green chemistry)」一詞,鼓勵各州由化學製程的生產源頭減量廢棄物的產生,並確立了低污染製程的研發。

而在後續的發展中,「綠色化學」的概念持續發展。在化學品的製程中應該要遵循哪些原則,才能夠避免對環境生態以及對人類的傷害?也就是要怎麼做才是真正符合綠色化學的宗旨呢?

將化學與永續發展的精神結合,其實就是綠色化學的宗旨。圖/Robert Couse-Baker@flickr

1998 年,阿納斯塔斯 (Anastas, P. T.) 和華納 (Warner, J. C) 在合著的《綠色化學:理論與實踐》(Green Chemistry: Theory and Practice) 中提出12項原則(PRODUCTELVIY)[3],這些原則普遍受到各界接受與引用:

  1.  P:Prevent wastes (防廢):預先防止廢棄物產生,勝過於製造後處理廢棄物
  2.  R:Renewable materials (再生):物料的來源需要從可再生的方向來努力,將廢棄的化學產品回收,轉換成有用的資源,如無機金屬的部分,可另外回收再利用。
  3.  O:Omit derivatization steps (簡潔):製程中應選無毒或低毒物料,使用對人體健康、環境毒性最小或沒有的物質
  4.  D:Degradable chemical products (可解):選擇相同功能,但毒性最小的產品,產物在使用後,應可降解,而不會在環境累積
  5.  U:Use safe synthetic methods (保安):盡量不使用助劑(如溶劑、分離劑等),如需使用則選擇較無害的物質
  6.  C:Catalytic reagents (催化):降低製程的能耗,盡量選擇可於常溫常壓進行的節能程序
  7.  T:Temperature, Pressure ambient (節能):在技術可行和經濟合理的前提下,儘量採用可再生資源代替消耗性資源
  8.  E:E-factor, maximize feed in product (物盡):使用最少的原料製造出最高比例的產物,讓原料沒有浪費,化學合成應注重原子經濟效率(atom economy)
  9.  L:Low toxicity of chemical products (低毒):應盡量使用對人類和環境毒性最低的起始原料,這項原則另可擴大解釋為選用低危險性製程
  10.  V:Very few auxiliary substances (降輔):使用輔助性的材料需考量對於環境的影響,製程選擇使用後可分解無害的化學品和產品
  11.  I:In-Process Monitoring (監測):在製程中即時監控有可能產生的有害物質,並儘量避免產生這些有害物質
  12.  Y:Yes, it’s safe (思危):使用與生產可降低意外事故(如洩漏、爆炸、火災等)的化學品

綠色化學的核心即在於盡可能降低每個階段產生的有害物質,並節省資源使用,包括:生產原料時消耗最少的資源與能源、製程中盡可能避免產生有害物質,而最終得以將化學與永續發展的精神結合。

有了綠色化學12項原則,實際該怎麼做?

且讓我們回到開頭的故事:保麗龍經久不腐的特性使得它完全不適合作為用過即丟的拋棄式產品。2019年 1月1日,經過數年的訴訟,美國紐約市將正式禁用保麗龍餐具,引起了許多矚目。但是僅僅禁用並沒有真正解決人們需求,我們應當如何找出真正優良的替代品呢?

參考綠色化學的第 4 條原則:選擇相同功能,但毒性最小的產品─現行最明顯的替代方案即是以紙杯、聚丙烯等較易回收或分解的材料代替保麗龍,降低其廢棄物的數量。但是,考慮到現行大量使用的拋棄式產品仍然會造成許多問題,採取第10條原則:設計可分解對環境無害的化學品與產品,或許才是對於保麗龍難題的真正解方。

科學家正努力找出保麗龍的替代方案:臺灣工研院曾研發改良澱粉使其具有發泡特性,如能成功市場化,即可取代保麗龍的包裝功能;而澱粉屬天然材料,使用後即可掩埋自然分解。美國馬里蘭大學材料與工程學系2018年研究新發表的「Nanowood」[6]則試圖取代保麗龍作為建材隔熱的角色。

「Nanowood」中除去了木材中的木質素 (lignin) 與半纖維素 (Hemicellulose),內部餘下的骨架纖維素纖維 (cellulose fiber)構造即可達到極佳隔熱效果,再加上能製成的形狀、厚度多元等特性,未來若能量產製作,有望能取代保麗龍,成為絕佳的隔熱材料。另外,在寄送商品時,會在箱子內塞些填充物防止撞擊,而這些填充物也研發出可降解的材料,讓具長鏈分子的材料因紫外光、加熱等自然環境因素,轉化為能回歸自然界中的元素,如二氧化碳、水等。

美國馬里蘭大學材料與工程學系2018年研究新發表的「Nanowood」則試圖取代保麗龍作為建材隔熱的角色。圖/原始論文

全球一同投入創意與研究達成「綠色化學」

除了保麗龍,化學工業的產品遍及我們的生活,尚待處理的「歷史共業」還有很多,而這些化學物質的取代、製程的改良都需要許多人共同努力。美國環保署在1996年就設立了「美國總統綠色化學挑戰獎」,針對「使用替代合成途徑」、「使用替代反應條件」以及「設計較安全的化學品」頒發獎項,希望能鼓勵相關的業者、研究人員投入與創意進行研發。

有許多國家也立法具體限制化學產業製程中產生的副產品種類與濃度,如近年來逐步增加管制範圍的「斯德哥爾摩公約」即逐步評估並嚴加管制化學產業製程中出現的持久性有機污染物。而針對溫室效應與廢氣排放,美國、日本、歐盟等國家亦立法推行含有酒精的汽油,期望可降低廢氣排放,並減少對石油的需求。

圖/pixabay

目前臺灣產業界可看到許多執行綠色化學精神的案例,需耗用大量水資源的鋼鐵業中,中鋼由建廠初期每噸鋼耗水10噸,降為近年的4.8噸,提升了用水回收再利用率[10];永光化學公司研發出加氫還原技術,取代染料製造業原有鐵粉還原法,以解決產生大量含鐵污泥廢棄物的問題。[8]

人類科技、化學知識可說是一種雙面刃,帶給我們便利、舒適生活的化學工業,也是會造成失控環境污染的公害來源。而掌握這個雙面刃唯一的方法,就是遵循綠色化學的宗旨,逐步改進目前的原料、製程、能源,懷抱著永續經營的理念,真正讓化學帶來未來的美好生活。

參考資料

  1. Jorgensen, J., Goldberg, N., & Hussain, K. 6/13/2018 Styrofoam ban to start in 2019, Mayor de Blasio says Daily News
  2. 行政院環境保護署,綠色校園動起來 跨部推動作夥來,2017年。
  3. 蔡蘊明,綠色化學(Green Chemistry) ― 拯救地球的未來,綠色online高瞻自然科學教學資源平台。
  4. 周德璋,開創新局的永續化學:綠色化學:以友善環境為出發點的化學 (上) ,臺灣化學教育,2017年。
  5. 周德璋,開創新局的永續化學:綠色化學:以友善環境為出發點的化學 (下) ,臺灣化學教育,2017年。
  6. 李吉祥等人,綠色化學技術於工研院研發現況,工業技術研究院
  7. 蘇宇傑,臺灣發泡聚苯乙烯 (EPS) 回收策略之研究,2015年。
  8. 陳永祥等人,化學中的清流–對環境友善的綠色化學,科技大觀園,2005年。
  9. Li, T., Song, J., Zhao, X., Yang, Z., Pastel, G., Xu, S., … & Jiang, F. (2018). Anisotropic, lightweight, strong, and super thermally insulating nanowood with naturally aligned nanocellulose.Science advances4(3), eaar3724.
  10. 中鋼公司 社會企業責任報告書

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本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
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行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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人體就像保麗龍一樣難切?電燒刀的設計思維
Unmet Needs 臨床工程專欄_96
・2020/03/30 ・1838字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

  • 作者/蕭精誠

不知各位小時候有沒有用一般的刀子切過保麗龍呢?

想當初小編因為這樣做而被臭罵了一頓呢~後來長大以後才知道,原來切保麗龍應該要用可以加熱的保麗龍切割刀,只要用對刀具,就可以輕輕鬆鬆地切出漂亮的切口。

你知道嗎?同樣的原理搬到人體身上也適用哦!究竟是怎麼回事呢?讓我們來一探究竟!

用普通的刀子切保麗龍可是無法順利切割平整的喔!圖/GIPHY

外科手術,無法或缺的刀具

外科手術,講白了就是把人打開,把有病的部分喬一喬再放回去,因此「刀」成為手術過程中必要的存在。

人類早在幾千年前就開始進行外科手術,最早在石器時代,先人們便使用黑曜石製成的刀具進行手術。到了古羅馬時期,專門為進行外科手術的青銅製手術刀出現。從此,金屬手術刀便成為外科的代表,直至今日,手術室內仍可見到它的身影。

羅馬時期的手術用具,長得像刑具一樣。圖/wiki commons

然而,手術刀的使用相當看重使用者的技術及刀片的鋒利程度,若沒有漂亮的切口,便會造成傷口周遭的結締組織過度增生,造成在同部位執行第二次手術的困難度增加;另一個棘手的難題則是如果患部附近有小血管經過,或是因意外造成的出血狀況,都是傳統施術者需要克服的難題。

即使醫師手藝精湛,金屬刀具仍然會有傷口感染的風險。

既然如此,有沒有可能做出一種刀具,能讓任何人都可以輕鬆的切出漂亮的開口,既可以有效解決出血問題,還可以降低感染的可能呢?

金屬手術刀這麼不可靠,來把電燒刀吧

答案當然是肯定的!其實答案就是今天的主角「電燒刀」,而且做法還跟保麗龍刀的作法很類似,就是加熱就對了!

早在幾十萬年前人類就發現加熱過的細胞會讓性質改變(其實就是變好吃啦):

  • 當細胞被加熱至 60°C~95°C 時,會產生蛋白變性及脫水(就像是雞蛋變熟,而且煮一煮會縮水)。
  • 加熱至 100°C 會讓水沸騰,導致細胞破裂,達到殺菌的效果。
  • 當溫度來至 200°C 則時會使細胞碳化(也就是操揮搭,燒焦了)。

別小看這些古人的智慧哦,電燒刀就是利用電能產生熱,讓細胞達到高溫!

  • 當細胞被加熱至 60°C~95°C 時,可使蛋白變性,達到結紮血管的目的。
  • 加熱至 100°C 則可使細胞破裂,達到切割的目的。
  • 當溫度達到 200°C 時則可以快速且大面積的止血。
溫度(°C) 對細胞造成的影響 應用於人體的作用
60-95 蛋白質變性與脫水 血管結紮
100 細胞破裂 組織切割
200 部份有機碳化 快速止血

講到這裡應該有些讀者們應該要喊痛了吧,又是電流又是加熱的,這樣的東西真的可以運用在人體身上嗎?

電燒刀的技術特點

不用擔心,雖然這些問題的確困擾了工程師很久,但在多年的實驗與改良之下,電燒刀所使用的是交流電,頻率落在 300KHz~600KHz 之間。這段頻率既不會太低造成肌肉與神經去極化,致使患者的肌肉跳動甚至是影響到心臟功能;也不會太高造成能量散射,對其他周邊組織造成不必要的危害。甚至針對切割與止血,工程師們都設計了不同的電流波形來最佳化效果。

放心吧,電燒刀並不會造成不必要的危害。圖/Vidal Balielo Jr.@Pexels

電燒刀的概念在 19 世紀末提出,並在 20 世紀推廣至全世界,如今,不論是何種手術,電燒刀儼然是刀房內的必備工具。孔子曰:「工欲善其事,必先利其器。」有了電燒刀的幫忙,任何新手都可以輕鬆切出漂亮的開口,甚至還能夠解決困擾醫師們幾百年的出血問題。

好的工具,就是要降低使用者的門檻,讓以往需要花很多時間練習的技巧被取代,讓工具做工具該做的事,讓人類做人類該做的事。

實際上,手術用刀具還有很多種,光是電燒刀的原理就有分單極電燒雙極電燒,除此之外,超音波刀、伽馬刀、熱熔切等都是近年來發展出來的常見刀具,而本篇只是針對常見的電燒刀對其做些粗淺的介紹。

希望讀者們可以了解到其實切割人體不一定需要刀片,掌握好人體細胞的特性,動手術也可以像熱刀切奶油一樣。

本文轉載自:Unmet Needs 臨床工程專欄 人體就像保麗龍?電燒刀的設計思維

「臨床工程專欄」希望從醫工的角度出發,與讀者分享醫材開發背後的巧思。藉由介紹醫材設計的觀點、開發醫材的經驗分享,與整理相關的知識資源,讓大家得知,醫材開發,有跡可循。

Unmet Needs 臨床工程專欄_96
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