2016年美国总统绿色化学挑战奖简介

陈秋铭，叶君，熊犍

（1华南理工大学轻工科学与工程学院，广东 广州 510640；2华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州 510640）

行业动态

2016年美国总统绿色化学挑战奖简介

陈秋铭1，叶君1，熊犍2

（1华南理工大学轻工科学与工程学院，广东 广州 510640；2华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州 510640）

2016年6月13日（美国东部时间），美国环境保护署（EPA）在其官方网站公布了2016年美国总统绿色化学挑战奖获奖项目名单，2016年EPA将更绿色化学品设计奖和特定环境效益：气候变化奖，合并为一个奖项。本文介绍今年5个奖项的得主及其成果。

1　学术奖（Academic Award）

2016年的学术奖授予普林斯顿大学的 Paul J.CHIRIK教授，CHIRIK教授发现在空气中稳定性高、易合成、活性高以及选择性高的铁钴催化剂，以代替昂贵的铂催化剂用于有机硅生产。

从先进材料到新药物合成，都离不开金属催化反应。数十年以来都是采用贵金属催化剂，例如钯、铂、铑及铱，除了价格昂贵、毒性大之外，提取这些贵金属也会为环境带来负担。获得一盎司的贵金属，需要采掘十吨的矿石，产生的CO2相当于得到同样质量铁的6000倍。

有机硅可用于有机硅橡胶、轮胎、洗发水、日用纤维、纸张涂料以及其他消费品。目前，在有机硅的工业生产中，使用的是铂催化剂。但铂催化剂不能回收，且会带来安全及环境压力。CHIRIK教授与Momentive高性能材料公司合作，发现了一种新型的、比铂催化剂性能更好的、基于“金属配体协同”的硅氢加成铁钴催化剂，无副产物，无产物蒸馏步骤，可广泛用于硅氢化来制造商用有机硅材料生产，并将引起商用有机硅产品的工业生产发生转变。

这种新型催化剂可以减少贵金属矿石的开采，由此，除了可以减少成本之外，每年还可以减少850亿英热（BTU）的能量消耗、8500万吨的废弃物以及2.17万吨的碳生成。

2　更绿色化学品设计和特定环境效益：气候变化奖（Designing Greener Chemicals and Specific Environmental Benefit：Climate Change Award）

Newlight Technologies公司因用生物催化剂将空气中的甲烷，在室温、环保的条件下制成高性能热塑性AirCarbonTM材料，而获得2016更绿色化学制品设计和特定环境效益：气候变化奖。

甲烷可在自然界中，如湿地中产生，在美国，它也是由人类活动产生的第二大温室气体，可由如天然气系统的泄露以及家畜产生。甲烷在大气中的存在时间比CO2要短得多，但是在一百多年来，甲烷对气候变化的影响比CO2要强25倍。

聚羟基脂肪酸酯聚合酶是在生物催化剂中用于合成主要聚合物的酶，Newlight公司开发的一种已商业化的方法，即在生物催化聚合物合成过程中控制该酶的负反应，使生物催化剂可以一直不会因“自我关闭”而失活，聚合规模大大超过了之前技术的最大限制（1∶1），达到每1千克生物催化剂就生成9千克的聚合物（1∶9），优于石化技术（1∶3）。除性能上优于石油基塑料外，Newlight公司的AirCarbon™材料生产技术还可以减少1/3的操作单元和 1/5的经济消耗。相对于石油基塑料，AirCarbon™材料在价格和性能上都具有商业竞争优势。

自2013年始的两年内，AirCarbonTM材料已应用于Dell、Hewlett-Packard、Ikea、KI、Sprint、The Body Shop以及Virgin等公司。作为石油塑料替代品，其净排碳量为负值且性价比高。

3　更绿色反应条件奖（Greener Reaction Conditions Award）

Dow Agrosciences LLC因高效利用氮肥的Instinct®技术荣获2016年更绿色反应条件奖。

营养物污染是美国最广泛以及昂贵的危害环境的问题之一。据估计，所有排放75%的N2O来自农业的氮肥。土壤细菌迅速将尿素以及氨中的氮（铵态氮）转化为硝酸盐（硝态氮）；硝态氮更容易从植物根部浸出流失或者以N2O溢出，对于环境的破坏也更加明显。

N-Serve®是Dow公司在1974年商业化的氮肥稳定剂，它抑制土壤细菌将铵态氮转化为硝态氮。在生长季节内使用，植物根部的铵态氮存留更长时间，提高了氮的使用效率，并且减少硝态氮因为浸出或者以N2O溢出而带来的流失。但是由于它的物理化学性质，只能用于无水氨肥的使用。

在2010年，Dow Agrosciences公司推出微胶囊悬水浮剂Instinct®，这项专利技术可便捷地应用于常见的氮肥和多种农作物当中，还降低了所处理过土壤中石油基溶剂的含量，从而带来额外的环境效益。

在美国，仅 2014年，估计这项技术已经减少约为66.4千万吨CO2排放，额外增收5千万蒲式耳的玉米，超过2.05亿美元的收入。

4　更绿色合成路线奖（Greener Synthetic Pathways Award）

CB&I以及Albemarle两家公司的AlkyClean®技术获得2016年更绿色合成路线奖。

烷基化物具有较低蒸汽压、高辛烷值，是不含有芳烃、烯烃及硫的异构化烷烃，且为更好的清洁汽油成分。每年的全球产量有3百亿加仑，其中有60%是在北美。烷基化物是由异丁烷和轻烯烃（C3～C5），在氢氟酸和硫酸液体催化反应中合成的。氢氟酸和硫酸有很强腐蚀性，氢氟酸还具有很强的毒性。在超过四十年的时间里，科学家们都在尝试将液体酸技术替换成更加环保的固体酸催化剂技术。先前的方法存在催化剂选择性差或寿命短，再生困难或催化剂使产品中含有腐蚀性成分，如卤素、三氟甲酸、三氟化硼问题等。

AlkyClean®技术使用CB&I公司的新型反应器和Albemarle公司的AlkyStarTM沸石催化剂，商业化生产更安全的、高质量的烷基化物，还不产生酸溶性油和废酸，不需要后处理。AlkyStarTM催化剂是优化酸的量、强度、催化剂的粒子大小以及孔隙率沸石催化剂。

2015年8月，利用AlkyClean®技术，全球第一座产能为 2700桶的工厂开始商业化生产符合现有质量指标的烷基化产物，达到并超过了预期效果。

5　小企业奖（Small Business Award）

2016年的小企业奖授予Verdezyne公司。

Verdezyne公司发明的发酵技术平台，提供一种利用可再生物质代替现在石化产品的二羧酸，如己二酸、癸二酸以及十二烷二酸（DDDA）。已经商业化的是BIOLON™ DDDA，首先用于尼龙6,12的制造，尼龙6,12用于制造需要特殊性能的工程塑料，例如抗高化学品、抗湿度、抗磨损的工程材料；DDDA还可用于制造胶黏剂、涂料、腐蚀抑制剂、润滑剂、香水等。

目前，全球每年1亿磅的DDDA都是石化产品，主要是三聚丁二烯，再经氢化及硝酸氧化。BIOLON™的DDDA是利用植物油作为原始原料提炼的脂肪酸作为原料，通过Verdezyne公司的专利产品——经基因工程处理念珠菌酵母，快速、高效地经一个三步 ω-氧化生化途径将烷烃（或者脂肪酸）的末端氧化成DDDA。同时最小化中间体积累途径以避免该微生物中毒而影响最终产品的纯度。

利用BIOLON™ DDDA技术，Verdezyne公司迄今的产量超过70000磅，并且获得了美国农业部认证的生物基产品标签。该公司的第一个商业化生产设施将计划在2017年投产。

2016-07-01。

陈秋铭，男。联系人：熊犍，博士，教授，主要从事天然高分子及绿色化学研究。E-mail lcjxiong@scut.edu.cn。