定义和推进可持续化学：围绕近期国家科学技术委员会报告的讨论

定义和推进可持续化学：围绕近期国家科学技术委员会报告的讨论

2021年，《可持续化学研究与发展法》授权国家科学技术委员会（NSTC）制定推进可持续化学的全面战略。召集了一个跨部门战略小组，以形成“可持续化学”的共识定义，提供美国联邦政府内部可持续化学活动的快照，并试图确定联邦计划可以重点关注的关键差距和活动，以与私营部门合作支持可持续化学。2023年8月，它发布了一份题为“可持续化学报告：构建联邦景观”的报告，（1）该报告提供了指导美国联邦机构进入第二阶段讨论的初步路线图，以解决指导方针的实施问题。本报告是继美国国家科学、工程和医学院（NASEM）于2022年发表的另外两篇相关报告（“化学研究对美国经济的重要性”（2）和“化学工程的新方向”（3））之后发布的。NASEM的报告强调了可持续化学和工程的关键作用，为提高生活质量和向可持续社会过渡提供了基础性发现。

NSTC可持续化学报告明确指出，美国的经济政策将是影响可持续化学活动扩散程度和速度的主要因素，其论点也延伸到全球范围内的可持续化学。基于可持续化学的技术必须与现有技术具有竞争力，提高供应链弹性，并为社会所接受。化学和工程创新对其发展至关重要，而这反过来又与努力在2030年前实现联合国可持续发展目标（UN SDG）密切相关。上述报告强调了需要解决的几个创新差距，以应对保护环境、人民健康、经济和国家安全的总体挑战。虽然它以美国为中心，但所提出的理念广泛适用于加快全球可持续发展。

在这篇社论中，试图将可持续化学的新定义及其与既定概念的关系置于背景中。在这样做的过程中，我们还为不同部门的研究人员提出了富有成效的行动，以最大限度地发挥其基础研究进展的影响。

“可持续化学”的定义

（i） 从容易获得和可再生的构建块、试剂和催化剂生产化合物或材料，

（ii）使用为效率而优化的过程，以及

（iii）使用可再生能源。

如上所述，“这包括在整个生命周期内有意设计、制造、使用和报废管理不会对人类健康和环境产生不利影响的化学品、材料和产品，同时促进循环性，满足社会需求，有助于提高经济弹性，并渴望在不耗尽资源或积累的情况下永久使用元素、化合物和材料浪费的模拟。”

这与“绿色化学”的既定定义相比如何？我们应该如何区分其用途？

乍一看，将可持续化学的现有定义与“绿色化学”的既定定义进行比较表明，后者更密切地关注在产品生命周期内减少或消除危险材料和废物产生。（6） “循环经济”的概念是NSTC和NASEM报告的核心，（1-3）早在《绿色化学十二原则》之后就出现了。（7） 为了在能源和材料使用优化方面取得有意义的进展，需要对我们如何驱动化学反应进行大量的基础研究。除了使用丰富的金属催化剂（11）和生物催化剂外，这包括有效利用光、（8）储存的电子（电化学；电池技术）、（9）甚至机械力来驱动特定的化学转化。（12） 如果我们考虑循环经济的原则，（6）更明显的是，可持续化学的定义大致相当于绿色化学和循环经济的组合原则。

NSTC可持续化学报告还考虑了美国联邦政府对所有人健康和环境的环境影响的过程和活动。从历史上看，在美国，受负面影响最大的是位于化学品制造厂附近的服务不足和边缘化社区，以及与化学品制造和处置相关的运输路线沿线的社区。可持续化学可以带来减少对环境和这些社区产生负面影响的有害化学物质释放的过程。然而，该报告警告说，如果向可持续技术的过渡代价高昂，或者优先在富裕社区进行，这可能会进一步破坏为服务不足和边缘化社区带来公平的努力。

应用系统思维方法进行研究，为可持续化学做出贡献。

NSTC可持续化学报告的范围仅限于联邦景观分析。因此，它还没有提供加快可持续化学研究以实现联合国可持续发展目标的路线图。然而，第二阶段的工作预计将于2024年制定路线图。鉴于可持续发展目标2030年时间表的中点是今年，值得注意的是，140个目标中有一半没有步入正轨，其中30%的目标处于或低于2015年的基线值。（13） 本报告以及2022年NASEM报告（2，3）强调，应对可持续性挑战的解决方案需要对相互关联的系统进行评估。最令人兴奋的创新出现在生物学和化学或计算机科学和化学等领域的交叉点。与此同时，在工业领域，全球可持续发展目标正在重新制定企业战略，加强合作、提高透明度，并愿意投资于节约能源、最大限度地减少材料使用、减少污染和浪费的战略。倡导者们正在推动化学品制造的创新方法，最大限度地减少影响权衡，并通过设计提供更安全的化学品，而不是在引入市场数年后发现有问题的化学品。报告规定，可持续设计理念不仅必须减少对环境和人类健康的不利影响，还必须满足社会功能和促进经济发展。虽然这对学术研究来说是一个很高的标准，但这种方法对于将基础研究转化为适销对路的产品是必要的，这是由经济、性能和法规遵从性驱动的。

因此，当前对可持续化学的定义要求来自多个学科的科学家合作开发新的化学、化学品或材料。虽然在广泛的跨学科团队中工作可能是许多学术研究人员的新范式，但这对可持续化学的进步至关重要。同样重要的是要注意，这不应削弱在目标领域取得基本知识进步所需的深厚专业知识，而应以系统方法加以补充。我们建议，以下五项举措将使学术研究人员能够接触到新的专业知识和技术，并获得支持，以保持基础研究的生产力，同时加快可持续化学的应用。

文章来源：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.3c07860