“绿色化学”的启示:为何电池等产品采用更安全的材料是一种竞争优势

Green chemistry has already led to huge advances in key technologies – to push that further, leadership is crucial.
Green chemistry has already led to huge advances in key technologies – to push that further, leadership is crucial.Image: REUTERS/Claudia Greco
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  • 绿色化学从一开始就融入安全性和韧性,而不是事后再加以管理;它以丰富的替代材料取代稀缺材料,并降低供应链中断带来的风险。

  • 自2010年以来,电池价格按实际价值计算已下降93%,这在很大程度上要归功于绿色化学。

  • 尽管绿色化学具有诸多优势,近期一项调查发现,只有四分之一的领导者表示,绿色化学已纳入他们当前的战略。

我们接触和使用的每一种产品、设备、建筑和药品都始于材料。材料决定了什么是可能的,而化学决定了哪些材料是可能的。化学是研究材料以及分子层面创新的科学。正是借助化学,我们才能发现全新的能力,而不只是改进现有产品。

这正是绿色化学至关重要的原因——它专注于设计产品和工艺,尽量减少或消除危险物质的使用和生成。

从一开始就重新设计材料,使其更安全、更便宜、更高效,我们便能实现更高水平的分子控制和性能。我们不只是更换部件,让现有产品的危害性降低;我们还将彻底改变产品的功能、产业的规模化发展方式以及经济体的竞争方式。

这并非小众的可持续发展议程,而是一种旨在获得竞争优势的材料战略。

电池:绿色化学力量的案例研究

电池就是一个有力的例证。

近年来,电池取得显著进步,其核心驱动力是化学创新。新型电池化学体系延长了续航里程、缩短了充电时间、提高了安全性并降低了成本,使电动汽车(EV)和电池储能从小众技术走向大众市场解决方案。例如,以铁和磷酸盐取代镍和钴,有助于降低成本、提高安全性,并减少对稀缺矿物的依赖。下一代电池对关键材料的依赖还会进一步降低,因为遵循绿色化学原则,我们可以探索使用更丰富替代材料的方法。

据彭博新能源财经(BloombergNEF)数据,自2010年以来,电池价格按实际价值计算已下降93%。充电曾是电动汽车普及的最大障碍之一,如今已有显著改善。十年前,给汽车充电一小时还被视为快速充电。如今,一些电池设计能够在五到十分钟内提供数百公里的续航里程。采用钠这种地球上最丰富元素之一的电池已成为现实,有望从根本上改变竞争格局,并推动工业需求广泛电气化。

电池的发展还不能算是绿色化学的完美案例。例如,锂矿开采仍是一项严峻挑战,而电池制造仍高度依赖能源和材料。但它展现了更好的化学设计所能发挥的作用。通过更换关键部件并采用更绿色的化学方法,电池制造商降低了成本、提高了安全性,并减少了对供应链瓶颈的暴露;这些瓶颈与稀缺且具有地缘政治敏感性的矿物有关。

这正是绿色化学的核心承诺:从一开始就实现更便宜、更安全、更可靠的工业增长。它不再先制造危害、事后再处理损害,而是从源头着手减少伤害。它不再依赖来自遥远地区的稀有材料,而是重塑工艺,利用现有的丰富资源,通过本地化生产寻找解决方案。更安全的产品意味着减轻医疗卫生负担,让家庭和社区更健康。本地生产则意味着降低遭遇供应链瓶颈的脆弱性。

这不仅对电池领域意义重大。

绿色化学的应用领域十分广泛

在燃料领域,一种简化的化学路径正在生产利用捕集的二氧化碳生产具有成本效益的可持续航空燃料,全生命周期温室气体排放量可减少90%。在医药领域,更绿色的催化工艺正帮助制造商以更少的废弃物和更小的生产占地制造复杂疗法。在消费品领域,企业正在逐步摆脱永久性化学品和微塑料,转而采用可堆肥包装和生物基材料。在电子产品领域,更安全的化学标准正推动铅和有害阻燃剂等有毒物质退出设备和全球供应链。在基础设施领域,新型沥青设计有望让道路更耐用、能够自我修复,并降低碳排放强度,从而减少长期维修成本和交通中断。

这些都是产业广泛转型的早期信号,显示产业正转向更安全、性能更优的材料,这对人们和产业都具有重大影响。更好的材料能够减少浪费、降低接触有害化学品的风险,并减少设计不佳的产品长期给工人、消费者、医疗卫生系统和环境带来的成本。

性能与福祉并非必然取舍;它们可以成为更佳设计的成果。

这一商业价值正逐渐显现。一项由Morning Consult 调查机构开展的调查为戈登和贝蒂·摩尔基金会所做的调查发现,71%的美国研发和技术领域领导者愿意为了竞争优势而投资绿色化学。然而,只有27%的人表示绿色化学已纳入他们当前的研发战略。差距出在执行层面。企业仍将前期成本、预算受限和既有基础设施列为障碍。

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领导力是拼图中缺失的一块

这正是我们现在需要更多领导力的原因。

这些成本应被视为投资。继续生产会造成伤害、招致监管、使企业面临诉讼,并给家庭、社区和医疗卫生系统带来成本的材料和产品,在经济上几乎说不通。设计缺陷会带来什么后果,我们心知肚明;但我们常常容忍这些后果,仿佛它们无法避免。事实并非如此。

要扩大这一转型,不能只靠企业各自开展试点,还需要投资、采购标准、政策支持以及价值链各环节的协作。工业领导力的下一个时代,不仅取决于谁建得更快,也取决于谁能在分子层面做得更好。化学创新让我们走到了今天。现代材料领域几乎每一项重大进步——从电池到药物,再到半导体——都始于化学。如果我们希望产业更清洁、供应链更稳固、经济体更具竞争力,就需要在发现和发明新材料方面取得更多突破。我们需要加大对化学本身的投资。

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