2023年美国绿色化学挑战奖简介

卢嘉莹，熊犍

（华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510640）

2023 年10 月23 日美国环保署（EPA）公布了2023年绿色化学挑战奖的6个奖项获奖名单。本次获奖者不仅设计了减少或消除产生和使用有害物质的化学产品和工艺，还开发出了应对气候变化等重大环境挑战的解决方案，刺激创新和经济发展。正如美国环保局化学安全和污染预防办公室副助理署长 Jennie Romer 所说：“作为预防污染的一部分，所有人都受益于绿色化学的进步，特别是在居民持续遭受严重污染的地方”。现就今年获奖的6 个奖项分别概括如下。

1 学术奖（Academic Award）

密歇根大学的Richard Laine教授团队开发出多种农业废弃物（如稻壳）生产硅基中间体，并应用于锂离子蓄电池和超级锂电容器等材料的方法而获该奖。

每年全球都有数百万吨的农业废弃物（如稻壳）作为燃料烧掉。由此而产生的稻壳灰（RHA）通常被填埋，但其含有大量相对纯净的碳和SiO2的纳米复合物。目前，金属硅通常用加热石英与碳源（如煤）来生产。与目前的方法相比，Laine教授开发的工艺在更低的温度下运行，需要更少的能源及更少的碳排放。

Laine教授的研究小组研发了多种精制RHA的方法，首先用稀盐酸洗涤，然后将RHA 与己二醇碱反应生成螺硅氧烷。螺硅氧烷可以直接被蒸馏出，留下的是贫化Si 的RHA。其中螺硅氧烷可以用来生产锂离子导电聚合物，这种聚合物有望应用于固态电池。而贫硅RHA 是正在处于热点研究的一种很有前途的锂离子电容器，而且可以很容易地转化为SiC 和Si2N2O 作为锂离子电池的阳极，其容量大约是目前使用的石墨/锂阳极的3 倍。这些工艺将可取代传统的无烟煤还原石英生产金属硅所用的能源、设备以及CO2密集型工艺。

2 更加绿色化学品设计奖(Designing Greener Chemicals Award)

高乐氏（Clorox）公司因设计了一款获得EPA环境设计（DfE）认证的消毒清洁剂EcoCleanTM获得设计更加绿色化学品奖。DfE认证旨在帮助消费者识别有效、环保的产品。EcoCleanTM是一种基于乳酸的即用型消毒清洁剂，不含酒精、漂白剂，按照说明使用，在两分钟或更短的时间内就能对99.999%的致病细菌进行消毒。无需个人防护设备即可使用，不会漂白表面。

EcoCleanTM的活性成分是乳酸，其酸性是醋酸的10 倍。作为一种消毒剂活性成分，乳酸的作用与其他有机酸类似，即通过使蛋白质变性以杀死病毒，或降低pH 并扰乱细菌细胞内的新陈代谢。然而，EcoCleanTM克服了以往乳酸通常只能杀死包膜病毒和某些细菌的缺陷。其他成分包括：最少量地使用了乳酸、非乙氧基化阴离子表面活性剂、N-酰化氨基酸表面活性剂和少量其他羧酸，获得优异的清洁能力和抗微生物效果，甚至可以杀死诺如病毒及柯萨奇病毒。与该专利配方相比，其他使用乳酸作为活性成分的DfE认证消毒剂的活性成分用量增加了5～18倍。

3 更加绿色合成路线奖(Greener Synthetic Pathways Award)

Solugen 公司开发了独特的BioforgeTM平台而获得本年度更绿色合成途径奖。该平台使用化学工艺将植物源物质（生物质）转化为类似化石燃料制成的基本材料，而完全不会产生排放或浪费，包括水处理和洗涤剂材料。相较传统化学制造工艺，BioforgeTM是具有更高产率和易本地化。该平台可以制造出一系列高性能、具有成本竞争力和可持续的解决方案。与传统设施相比，这种平台消除了每年超过2000万磅的有害化学品的使用，减少了3.5万吨的二氧化碳当量（CO2e）。

目前生产生物基化学品的方法多采用发酵或多相金属催化，这两种方法都会因碳损失而浪费原料，并且需要复杂的能源密集型下游加工。为了解决上述问题，Solugen 首创了BioforgeTM平台，这是一种无细胞化学酶促生产工艺，其包括3个主要步骤，即无细胞酶促反应器、金属反应器和蒸发器。这将发酵工艺的安全性和复杂合成能力与金催化剂的高生产率、高选择性和高pH 耐受性首创地结合在一起。Solugen 将酶的生产与酶反应分离，允许酶在一定温度范围内、中性pH 下运作，这比发酵具有更高的生产效率，且解决了发酵受到活微生物需求的限制。Solugen 开发的金纳米粒子催化可提供超过90%的碳产率和选择性。在蒸发步骤中，Solugen 完全由风能驱动的机械蒸汽再压缩技术取代了传统的天然气动力蒸汽蒸发器。与现有技术相比，以葡萄糖为原料的这种方法产量更高，释放更少的CO2，零排放废水。

4 更加绿色反应条件奖(Greener Reaction Conditions Award)

Captis Aire 的一项待批的专利CAIRETM技术获得了该项奖。CAIRETM将木材加工过程中产生的萜烯废弃物转化为有价值的化学品。这些萜烯浓度高于正常生物水平时，就会成为空气污染物，并刺激眼睛、肺和皮肤，目前它们作为废物燃烧，释放温室气体。CAIRETM技术能够回收木材加工过程中释放的90%以上的萜烯，并将其转化为许多有价值的化学品，包括用于生物燃料、香精和香料等产品的化学品。这些萜烯是在干燥新鲜松木的过程中释放出来的，而该加工过程通常流行于农村贫困社区。目前，通常的处理方法是在加工末端使用天然气燃烧这些萜烯，释放温室气体CO2。CAIRETM回收技术有4个步骤：①使用专用的、可重复使用的吸附剂吸附萜烯，以净化空气；②解吸，将萜烯以蒸汽形式释放到氮气中；③将蒸汽冷凝为液态萜烯；④通过过热重新活化这些吸附剂介质，使其产生最大的回收效率。最终这些萜烯可转化为高附加值的化学品，广泛用于生物燃料、香料、香料等。3 个成功的商业木制品加工案例表明：CAIRETM技术能够减少温室气体排放，并将有害的松树化学废物转化为纯萜烯。

5 小企业奖 (Small Business Award)

Modern Meadow 公司因开发了一种更高效的纺织染色工艺平台而获本年度小企业奖。工艺平台称为Bio-FREED™ （Fast Resource Efficient Enhanced Dyeing 的缩写），由植物蛋白和生物聚合物的混溶混合物组成Bio-AlloyTM来提供支持。Bio-AlloyTM技术使用泡沫敷料技术，将精确的颜色量输送到精确的位置。Bio-FREED™ 是一种一步式连续染色工艺，与传统的三步染色工艺相比，可减少高达95% 的用水量、80% 的染料用量，并减少约 67%的能源消耗。Bio-FREEDTM不需要单独的步骤来固定染料，在染色过程结束时只需要一次或甚至不需要洗涤，而传统染色需要4～7次洗涤。

这项革命性工艺以进行预染色或后染色（即服装制作后染色），从而获得额外的环境和供应链效益，即将可染色蛋白质功能精确传递到纤维表面的能力有望为纺织行业提供一条更环保的前进道路。

6 具体环境效益-气候变化奖（Specific Environmental Benefit-Climate Change Air Company）

Air Company公司因开发一种CO2去除技术获本年度特定环境效益-气候变化奖。该技术将温室气体CO2作为化学反应物转化为更大的分子，然后可用于生产燃料和香水等其他产品。该技术既可从空气中除去CO2，又可将其转化为燃料（包括航空燃料）。

Air Company公司除去CO2的技术（CDR）是从捕获CO2、H2O，可再生电力（来自太阳能光伏发电和风力涡轮机）出发，模拟光合作用，将无处不在的CO2作为原料转化为AIRMADE™甲醇、乙醇、石蜡和其他燃料等有机化学品，O2是唯一的副产品。即该技术利用可再生的电力将水分解成氢气和氧气，利用专有催化剂使氢气与CO2结合，选择性地生成甲醇、乙醇和石蜡。该工艺的碳净排放量为负值，每生产1kg乙醇可从大气中清除约1.5kgCO2。它的用水量仅为以玉米作为原料生产乙醇的1.1%。同样地，AIRMADETM航空燃料CO2排放量比传统航空燃料低90%以上，同时减少了对化石燃料的需求。