中國網／中國發展門戶網訊  不計其數的化學品為人類社會帶來便利和福利的同時，也對社會和生態環境產生了危害和影響。最初，人們對化學品帶來的危害主要關注的是其在生產、加工、儲運和使用過程中產生的爆炸、急性毒性等職業安全問題，及大規模泄露導致的公共危害事件。隨著科技的進步和人們安全意識的提升，化學品的環境負荷及其持久性、生物累積性和潛在毒性風險備受關注。為應對有毒有害化學品的全球性環境問題，國際社會及各國政府制訂了一系列關于有毒有害化學品的國際公約和優先性風險管理政策法規，以限制特定化學品的生產和使用。為了滿足工業發展的需求，被限制生產的化學品的相關替代品又被開發并廣泛使用。然而，在替代品開發方面存在新物質合成與毒性及其風險評價相脫離的問題，使得部分擬生產的替代品具有成為新環境污染物的隱患。“化學品污染→替代→再污染”成為當前環境化學領域巨大的挑戰。

何種化學結構既能實現確定的產品性能，又能做到環境劑量長期暴露和使用條件下低的健康風險，是環境化學亟待解答的關鍵科學問題。在這樣的挑戰下，化學品綠色開發的概念應運而生。化學品綠色開發強調從化學品生產、堆存、運輸、使用、排放和處理處置全生命周期的風險分析、污染預警與削減，從而實現從根源上防治污染的發生。

化學品綠色開發與風險防范

化學品概況及其環境健康風險

化學品是指經過人工技術的提純、化學反應及混合過程生產出的、具有工業和商品特征的化學物質。由于其固有的物理、化學和生物反應活性（如燃燒性、化學穩定性和殺蟲性等），化學品逐漸被廣泛應用于農業、工業和社會生活的各個領域，為人類社會帶來多種社會福利和經濟價值。目前，全世界市場現有化學品已達?1．64?億種以上，且每年至少有?1?000?萬種新開發化學品投入市場。化學品已成為人類衣、食、住、行不可或缺的材料和商品，其生產和消費仍然在持續增長。

然而，化學品在滿足人類生產、生活需要的同時，也對社會和生態環境產生了影響和危害。自?20?世紀?60?年代開始，研究顯示在南極和北極地區存在滴滴涕（DDT）等人工合成有毒化學品污染，且此類化學品具有“持久性、生物累積性和潛在毒性風險”，可在自然環境中殘留長達數十年，并能通過食物鏈在動物和人體內實現長期累積和放大。隨著科研檢測水平的提高，越來越多的人工化學品，如農藥、塑料、洗滌劑、阻燃劑等有毒化學品被檢測到已進入環境，且能引起魚類、鳥類和哺乳類動物等生物的內分泌紊亂，影響生物甚至人類的生殖能力和發育。并且，這些物質在超痕量的劑量暴露時就可導致生物畸變，對生態系統和人類健康帶來嚴重危害。例如，被國內外環境科學家高度關注的典型污染物雙酚A（BPA），是一種高產量的化工產品，被廣泛添加在塑料和環氧樹脂制品中，普遍存在于空氣、水和土壤等多種環境介質，能夠通過飲用水、空氣粉塵吸入、皮膚接觸等方式進入人體從而造成嚴重的健康危害。生物學實驗證明，BPA?具有內分泌干擾毒性，對生殖系統和動物的胚胎發育產生不利的影響，還會增加女性乳腺癌的患病可能。流行病學調查分析表明，BPA?的累積暴露與前列腺癌發病有著顯著性的正向相關。在動物模型研究中，也有報道指出?BPA?的暴露會導致小鼠精子數量和運動能力的降低。另一類典型環境持久性污染物為全氟化合物（PFASs），它們是一類以烷基鏈為骨架，氫原子被氟原子部分或全部取代的有機化合物；具有表面張力小、黏度低、疏水、疏油的特性，被廣泛應用于化工、消防、建筑、機械和航天等領域。但是，PFASs?分子中的高能?C－F?鍵使其性質穩定，難以被水解、光解及生物降解，因此會在環境中持久存在。

在全球范圍內不同環境介質中，PFASs?被廣泛檢出；尤其是海域、地球“三極”等偏遠地區的廣泛檢出，表明其已成為全球性污染物，并引發了多種環境問題。其中，典型的化合物為全氟辛基磺酸（PFOS），可在不同生物體甚至人體內檢出；其半衰期長、難代謝，具有生物放大效應，在食物鏈中的濃度可隨生物營養級的增加而顯著增長等特性。此外，毒理學研究表明，PFASs?可引起一系列毒性效應結局，如肝臟毒性、生殖發育毒性、神經毒性和免疫毒性等，同時與人體健康問題也存在一定關聯。這些物質對人類和生態的暴露風險具有長期性、隱蔽性和滯后性的特征，已構成全社會的公共健康風險和環境安全危機。因此，強化化學品環境管理，從源頭降低化學品對生態和健康的風險尤為重要。

化學品管控與替代品隱患

有毒有害化學品是具有重要影響的全球性環境問題，對其管控已成為國際社會的共識和挑戰。各國政府制訂了一系列關于有毒有害化學品物質的國際公約和優先性風險管理政策法規。歐盟于?2011?年頒布了禁止在嬰幼兒奶瓶中添加?BPA?的相關法律條文；其成員國也嚴格限制了?BPA?的應用范圍，陸續禁止了?BPA?在多種食品包裝材料中的使用。2000?年，全球最大的PFASs?生產商?3M?公司協同美國國家環境保護局（EPA）停止對?PFOS?及其鹽類和相關化合物的生產。2009?年，《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》（以下簡稱《斯德哥爾摩公約》）正式將?PFOS?及其鹽類列為新的持久性有機污染物，同意減少并最終禁止使用該類物質。2016?年，美國食品藥品監督管理局（FDA）規定不再將?3?種含有?PFOS?及其類似物的產品用作食品可接觸材料。

為了避免因一些化學品，如?BPA、PFOS?等被禁用所帶來的使用限制，多種相關替代品被開發，并廣泛地使用在多個工業領域。然而，這些替代品非但沒有解決?BPA、PFOS?等帶來的環境問題，反而引發了新的甚至更嚴重的環境問題：替代品在環境介質甚至生物體內的賦存水平呈現迅猛的上升趨勢；由于替代品與被禁用的母體化合物有著相似的結構，往往保留著類似的毒性效應。

目前，BPA?替代物作為不同用途的添加品，在多種環境介質中被廣泛檢出。尤其是在室內灰塵、底泥、河流、土壤中的濃度水平與?BPA?類似甚至更高?。大部分替代物與?BPA?相比，有著相似的物理化學性質。例如，酚類結構所具有的水溶性，使其易進入環境水體，造成新的環境污染和危害。與此同時，PFOS?的替代產品更多。據不完全統計，截至?2018?年底，瑞典化學品管理局推測市場上存在?PFASs?產品已超過?3?000?種。8?碳氟調聚磺酸（6?：?2 FTSA）可替代?PFOS?作為泡沫滅火劑的添加劑。而國外?3M、Asahi、Solvay?等國際氟化工生產商提交了?50?余種?PFOS?潛在的替代品。但是，多數?PFOS?替代物仍保留類似?PFOS?的毒性效應特征，并在多種環境介質中被檢測出。

我國化學品生產國情與綠色化學

過度管控弊大于利

面對與日俱增的化學品合成數量及其嚴峻的環境危害與健康風險，為了規避開發與母體結構類似的替代品所帶來的“化學品污染→替代→再污染”的環境問題，西方國家逐漸加大化學品管控力度，甚至提出“一刀切”地將PFASs作為一類物質進行管控。然而，我們認為這是矯枉過正的舉動，尤其是對于中國這樣的發展中工業大國，若對?PFASs?施行“一刀切”的管控措施，以求一勞永逸地降低環境風險，付出的代價是不可估量的。 我們不得不承認，某些化學品具備的優良性能決定了其在很多領域的無可替代性。PFASs?中?C－F?鍵特殊的化學惰性、疏水疏油性及表面活性決定了其產品的性能優勢。如果將PFASs這一類化學品“一刀切”地進行管控，用不含C－F鍵的化學品作為替代，則產品性能會大打折扣，甚至在某些應用領域無法發揮作用。化學品的生產鏈是連續的，下游產業受到摧毀將間接影響上游應用。例如，PFASs?末端原料的生產正受到《斯德哥爾摩公約》的監管，全面限制這類原料的生產將大幅度推高其原料成本甚至造成斷供。中國應立足于自身發展的實際情況制定管控實施方案，而不是照搬西方的化學品管理模式。西方發達國家因其工業革命的先發優勢，已經在替代品和替代技術方面壟斷了大量的市場和專利，而將大部分高耗能、高污染等化工實體產業轉移至像中國這樣的發展中國家。

綠色化學的提出和思路

目前，我國化學品的管控陷入“不可忍、不可棄”的兩難境地。與日俱增的化學品數量、低劑量長期暴露，以及化學物質的混合毒性作用，給化學品環境風險研究方法學提出了更高要求，帶來更大的挑戰。何種化學結構既能保障產品性能，又能做到環境劑量長期暴露和使用條件下的低健康風險，是環境化學亟待解答的關鍵科學問題。依賴現有的環境化學理論與方法，無法完全實現對現存化學品乃至優先控制工業試劑的環境風險評估。這一困境在替代產品的研發和推出中更為突出。然而，解決這一難題需通盤考慮化學品的生產、堆存、運輸、使用、排放的方方面面，開發化學品全生命周期風險源識別和分類排序、污染預警與削減的關鍵方法、技術，進而整合出適用于我國國情的管理體系規范及框架。同時，綠色化學采用新方法、新技術來減少危害人類健康及生態環境的化學產品的生產和使用，開發更友好、生產過程更符合綠色環保要求的化學產品。從最初的原料、試劑、催化劑、溶劑到最終的產物及副產物上著手，這不同于污染后再治理的思路，而是通過把握好化學生產的第一道關卡，實現從根源上防治污染的發生。降低替代品的毒性與生物累積性、優化產品收率、消除廢棄物和減少生產過程中的能源消耗，主要包括新合成方法和路線、新的化學原料篩選、新的反應條件優化，以及綠色產品研制與開發。

可見，綠色發展中所涉及的化學問題不僅僅是涉及環境化學、有機化學等化學學科需要解答的科學難題，還將推動物理學、材料科學、地學、環境毒理學、分子生物學、信息學等相關學科的進步與發展。綠色化學已成為當今國際化學科學研究的前沿，是具有明確的社會需求和科學目標的新興交叉學科。綠色化學的思路是合理利用資源和能源以降低生產成本，并基于經濟可持續發展的指導原則，達到從源頭上消除污染的目的。其將傳統的化學學科與資源環境的協同發展聯系起來，更加強調化學的生態價值要求與實踐。

化學品管控與綠色開發策略

系統地開發新型替代品，發揮產學研結合、多學科攻關的優勢，是我國現階段迫切的需求。這不僅是我國履行《斯德哥爾摩公約》的重大需求，也是《中華人民共和國履行〈關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約〉國家實施計劃》所提出的重要任務。發展替代品和替代技術，不僅要考慮經濟可行性和使用功效，還要考慮到環境可接受性，以及對生產者、使用者和消費者的安全性。加大對替代品和替代技術的支持，將為我國調整產業結構、促進清潔生產、發展循環經濟和建設環境友好型社會提供又一新的契機。

因此，在充分認識已有化學品風險的基礎之上，從生產源頭開始管控其風險，同時關注和減少在使用、廢棄過程中的潛在風險，將實現對此類化合物整個生命周期風險的削減與控制。只有將風險意識和生命周期管理結合起來，才能有效實現對高風險化學品的管理。這不僅是保障生態安全和人群健康的關鍵環節，也是突破發達國家綠色貿易壁壘和發展經濟的重大國家需求。環境與綠色發展中的化學基礎科學問題包括化學污染物識別、污染削減與修復、化學污染源頭控制、毒性效應評價、環境與健康、發展循環經濟等一系列物理、化學、化工、數學、信息學、材料、生物、醫學等多學科的前沿交叉。在此提出?4?條高風險化學品管控與綠色開發策略。

污染快速識別、診斷與生態／環境風險預警。針對污染物快速識別與風險預警，需要開發環境中污染物的高通量、快速識別及源解析技術，綠色污染控制技術及固廢循環利用技術，高風險化學品的全生命周期環境風險分析及環境友好替代品的篩查技術，發展基于前人經驗大數據的化學設計、制備、使用和環境安全評價及信息的分布式存儲、識別和加密使用技術，以及基于結構依賴、組學和生物學通路的化學品預測毒理學技術等。通過識別典型環境污染關鍵毒性成分，解析其環境轉化機制，建立其來源甄別和人群暴露評估方法；尋找并利用各類生物標志物，闡明污染物對關鍵信號通路的擾動作用，詮釋區域關鍵污染物的毒性效應機制；揭示區域污染可能誘發的機體損傷作用機理， 提出科學的減排、治理和健康風險阻斷合理化建議，并提供技術支撐。

化學品全生命周期分析及風險評估。在宏觀機制上，開展污染物的全球長距離跨境遷移研究；在污染物的環境微界面行為研究方面，發展環境微界面原位表征關鍵技術，實現對微界面結構形貌、自由基鏈反應及其中間體瞬態的連續觀測，解析典型污染物在不同界面過程的微觀分配行為及分子機制，明確影響污染物在多環境介質中持留的關鍵物理化學因子；在多環境介質中污染物的環境轉化機制方面，開展污染物在不同介質中的生物轉化、微生物轉化、光化學轉化、金屬甲基化、價態轉化等分子轉化機制，明確污染物全生命周期過程中的遷移轉化機制及最終的歸趨。研究化學品在生產、使用場景及其最終進入環境等全生命周期過程中在不同介質的分配行為與規律，以及適合不同學科確信度需求的風險源識別和分類排序方法。在化學品生產、使用、處置等整個生命周期對其風險進行管控。同時，從政府管理層面應對化學品的風險管理給予充分重視，需要借鑒發達國家在管控方面的成熟、完善的法律法規政策，建立一套適合我國國情的整體性風險評估方案。

基于人工智能和大數據分析的綠色化學品的開發。面對日益嚴峻的替代生物測試挑戰，需要發展高通量體外毒性測試技術和預測及轉化毒理學方法，重點解決測試流程和分析方法的標準化、體外測試結果向活體毒性終點的轉化、聯合多組學技術的系統毒理學評價、組學復合污染評價等關鍵技術。結合人工智能和自動化技術，開發大規模化學品的毒性測試和優先化篩選體系，進一步推動化學品管理和風險防控。結合領域云、區塊鏈，以及深度學習等人工智能技術，有望給污染防控與風險預警帶來顛覆性的技術發展和理論升級。此外，基于人工智能的深度學習系統可從一個化合物的結構設計開始，提出綠色化學合成的方案，以及理論評估得到的替代產品所具有的環境持久性、毒性靶點與毒性效應及其健康危害風險。從源頭減少對環境和生物體具有潛在危害的替代品的合成、生產和排放，為環境友好型替代品的安全設計提供虛擬篩查。

加快加強化學品環境管理立法體系建設。目前，我國已經是全球化學品生產和消費的大國。國際上對化學品的管理思路及立法已經逐步從危害管理過渡到風險管理，但我國還是有害性的化學品管理模式。雖然從立法和管理層面上我們已經有《危害化學品安全管理條例》和《新化學物質環境管理登記辦法》，但這遠遠不能滿足對化學品環境管理的現實需求。建議從國家層面上完善基于風險管理的化學品立法，填補法制空白；加強化學品風險評估基礎研究及體系建設，積極推進我國有關環境污染物的分析實驗室及環境領域“優良實驗室規范”（Good Laboratory Practice，GLP）實驗室的建設和認證工作；建立風險管控協調機制，加強部門之間的溝通合作；促進企業的主動參與及自主管理，建立化學品污染責任保險制度；加強化學品管理及環境風險評估的信息公開，提高公眾環境管理意識，實現全民參與的化學品管理體系建設，以最終降低化學品帶來的環境損害和人群健康風險。（作者：王亞韡、麻東慧、趙利霞、蔡亞岐、江桂斌，中國科學院生態環境研究中心；梁勇、曹慧明，江漢大學；《中國科學院院刊》供稿）

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