[读懂科学]蓝色化学，应对气候危机的另一条道路

by Kim Jonghwa

Published 15 Sep.2025 07:00(KST)

化工从“污染元凶问题产业”到“气候应对主体”
以水、二氧化碳和生物再现提供科学且现实的解决方案

为克服人类面临的气候危机，开始将目光转向通过在平流层喷洒气溶胶或向海洋投放铁等方式，直接操控地球系统的“地球工程（geoengineering）”。这种方式如同外科手术，可以期待见效迅速，但也因可能伴随降水格局变化、生态系统扰动、国际纷争等副作用而备受争议。

对此，另一种路径是“蓝色化学（Blue Chemistry）”。这是试图以水和化学反应为媒介，间接调节大气与海洋平衡的尝试。如果说地球工程是一场突击式外科手术，那么蓝色化学更接近药学处方。虽然速度较慢，却是通过改变“体质”来引导可持续转变的方式。当然，这同样无法摆脱不确定性和风险。一旦触及临界点，化学反应可能引发剧烈变化，因此审慎验证与社会共识必不可少。

如果将地球工程比作突发的外科手术，那么蓝色化学则更接近药物处方。它虽然推进缓慢，却试图从根本上改变体质，引导可持续的变革。Pixabay提供

化学，从“问题产业”到“气候应对主体”

蓝色化学的构想在于，将长期被贴上“问题制造产业”标签的化学，重新定位为环境恢复的工具。在“化学物质”一词总让人联想到危险的社会氛围中，现在则试图让化学成为气候应对的新主体。这一背景下有两股力量在推动：一是社会要求扭转化学产业作为碳排放和污染“罪魁祸首”的负面认知；二是在水资源短缺、海洋酸化等气候危机情境下，如果没有化学手段，问题根本无法解决的科学现实。

为此，蓝色化学首先切入的是“水”。气候危机很快会演变为水资源危机。阿尔卑斯山和喜马拉雅山的冰川正在快速消退，以此作为水源地的区域正面临严重冲突。与其另觅新水源，不如对既有资源进行再利用，同时获取替代水源，这是更现实的解决之道。

实现这一点离不开“再生水”技术。通过对污水和废水进行高级处理，将其重新用于农业或工业。目前以色列已经用再生水满足了全国80%以上的农业用水需求。西班牙南部穆尔西亚地区通过处理城市污水，每年向农业供应超过1亿立方米的再生水；在美国加利福尼亚州橙县，通过“地下水补给（GWRS）”项目，将净化水重新注入地下含水层，从而确保当地供水稳定。

以化学破解水危机：以低成本、低能耗获取优质水

然而，水的问题不仅在于“是否能获得”，还涉及“谁用得更多、谁承担更多成本”等公平正义议题。大型工业和城市园区可以自行承担水处理和再利用，但做不到这一点的地区只能依赖公共基础设施。

此时登场的方案便是模块化分散式水处理系统。即由工业园区和企业自建净水与再利用设施，有点类似电力部门建设专用发电站。实际上，美国得克萨斯州已经在石油和化工厂区安装模块化设备，构建自给自足的供水体系；在欧洲的食品和饮料工业园区，也采用模块化系统，在不增加区域自来水管网压力的前提下实现稳定供水。

在这里，“化学”走到了前台。利用高分子复合膜和石墨烯的“纳滤膜”技术，相比传统反渗透方式大幅降低了能耗，已被新加坡“新生水（NEWater）”等超大型再生水厂采用。在荷兰和瑞士，正在开展利用沸石催化剂去除水中铵离子和重金属的示范项目；日本则成功利用二氧化钛光催化剂分解水中的药品残留。金属有机框架（MOF）等新型材料吸附技术也在快速发展，打开新的可能性。化学正被重新召回到解决水问题的中心位置。

空气中的碳，再生为“建筑材料和化学原料”

气候危机最根本的原因，是大气中二氧化碳（CO₂）浓度的上升。蓝色化学的第二个支柱，正是通过化学反应吸收、转化CO₂，将其变为新的资源。

大体上有两种路径：“矿物化（mineralization）”和“有机化学原料化”。利用碱性矿物促进海水中CO₂的吸收，或将电解产生的碱性溶液投放海洋，属于矿物化方式。

美国初创企业Equatic正在测试通过电解制备碱性物质后投放海洋的技术；加拿大的Planetary Technologies则利用废弃矿山产生的副产物开展示范研究。陆地上也有类似尝试。美国初创公司CarbonCure在混凝土生产过程中，将排放的CO₂注入建筑材料中，一方面提高材料强度，一方面减少温室气体排放；Blue Planet公司则将电厂排放的CO₂捕集后制成碳酸盐骨料，并在2016年旧金山机场新建工程中实现了实际应用。

另一条路径是将CO₂作为化学原料。德国某化工企业已利用二氧化碳合成聚氨酯，用于制造家具和保温材料；冰岛企业则将氢与CO₂结合生产甲醇，并实现了商业化。这一趋势不仅仅是减排，而是在构建一种“将碳变成资源”的新产业逻辑。不过，在这一过程中，成本、能效和社会接受度仍是亟待解决的课题。

再现为生存而优化的生物进化机制，“用化学来复制”

蓝色化学的第三个支柱，是借用生物在进化过程中形成的化学机制，用于气候适应。历经数十亿年严酷环境变迁而存续至今的物种，都是在这一过程中对环境高度适应的存在。科学家希望从这些物种身上汲取进化的最佳创意。

典型案例是利用藻类和细菌的代谢途径。微藻通过光合作用吸收CO₂并合成多糖和脂类，如果将其与化学工艺结合，就能在实现碳封存的同时，生产生物燃料和生物塑料。美国能源部（DOE）正在支持利用海洋微藻进行碳封存的项目，欧洲和韩国也在持续开展大规模培养实验。

土壤细菌进行的固氮和金属还原功能，同样正与化学催化相结合，扩展为废水净化和污染物稳定化技术。美国劳伦斯伯克利国家实验室正在开发模拟金属还原细菌代谢途径的催化工艺，用于稳定化废水中的铀和镉。通过化学方式再现生物已证明有效的机制，从而降低能耗和碳排放，取得气候适应所需的成果。

“必须兼顾与自然共存的可持续性”

由此可见，蓝色化学正通过水、碳、生物三大支柱，为应对气候危机提供新的路径。

地球工程既是对“不可控技术”的警示，也抛出另一重问题：我们是否必须通过人为操控地球才能生存？蓝色化学则提供了这一问题的新答案。它主张，不是与自然对抗，而是理解自然规律、借用自然智慧，实现共存。

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水的再利用与水资源管理、二氧化碳资源化、生物与化学的融合路径，都是气候适应所需的现实方案。尤其是三面环海且具备化学与材料产业基础的韩国，更可以在这一领域谋求引领地位。韩国海洋科学技术院海洋生命工学研究中心研究员 Lee Junghyun 表示：“蓝色化学是将化学与工程嫁接于地球资源之上，创造新型产物的概念，有望成为通往可持续未来的道路。”同时他强调：“但在研究和产业应用过程中，必须将与自然共存的可持续资源开发作为核心考量。”

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。