化学遇上经济学

化学遇上经济学 

从原子经济学到中国发展的污染问题 

 倪涛 

00528136 光华管理学院 

高速工业化的中国面临的环境问题从未减轻过。经济学为环境污染问题提供了制度改革的解决办法，而原子经济学从源头减少或者杜绝了污染。 

光华管理学院 倪涛 化学与社会期中论文 

化学遇上经济学 

关键词：原子经济；环境成本；污染的产权制度 

引言 

污染，环境，生态……如今这样的词汇曝光频率高得让人不得不熟视无睹。从遍布全球的绿色和平组织成员，到实验室里辛勤研究的科学家，再到我们这些在通选课中泛泛而谈的学生，都时常接触到环境污染问题。如何限制污染、保护环境成为我们这个时代的一大主题。在这个问题上，我们似乎还没有特别好的解决办法。污染还在继续。 

我从来没有想到过，化学名词会与经济学联系在一起。然而归根究底，所有的自然科学、社会科学，除了单纯的追求真理之外，都有着让人类更好、更舒适和更长久的生存的终极目的。于是我们听见了原子经济性，或者叫原子经济学（Atom Economy, Atomic Economy）。 

化学通常被视为污染的源头，而不是污染的解决办法。因此对于长久以来我们采取的措施是“关停并转”小制药厂、小造纸厂等污染大户。这样的措施尽管费时费力，却由于种种复杂的因素而收效甚微。原子经济学给我们提供了一个新的视角，从生产原理上更新，使得生产本身不再产生污染或者只产生少量的污染。如果现在造成污染的化工产业的生产工艺都能进行这样一个更新，无疑是我们的一大幸事。 

原子经济学概念简介 

传统的化学反应和化工生产中，我们关注的都是利用最少的反应物产生最多的反应生产无，也就是我们所需要的化工产品，而化学反应和化工生产的副产品有的作为无害的物质悄无声息的渗透在我们的生活中，而有的则成为污染物严重的影响了我们的生产和生活。原子经济学强调在化学反应中，从原子的层面上减少副产品，让尽可能多的原子进入到我们需要的最终产物中。我们关注的问题从“你能从这些东西里得到多少产品”变成了“你能把这些东西里的多少变成最终产品”。Barry Trost提出的这个理论为我们提供了一个新的衡量化学反应效率的标准。其意义不言而喻，从源头扼住污染的咽喉，从微观上解决了宏观问题。如果化学反应本身没有副产品，化工生产则不会产生令人痛苦的污染物了。

衡量一个反应是否具有原子经济性的标准是“原子经济百分比”（见图表1），它表示产物的原子量占总反应物原子量的百分比。显然，这个百分比越大，表明我们浪费的物质越少，或者说产生的“废物”越少，我们的反应就更加符合原子经济性的原理，更有效率。

图表 1 

有一些我们熟悉的反应更加符合原子经济性的标准。例如有机反应中常见的加成反应，所有的反应物都成为了最终产品，原子经济百分比为100%；而另外一种有机反应——取代反应，由于有多余两种的生成物存在，其原子经济百分比相对较低。 

对化学反应进行原子经济性的改革主要从反应物和催化剂两个方面进行。第一，可以选用新的反应物来生产产品，减少不构成最终产物的原子；第二可以选用新的催化剂，这些催化剂在反应中不会消耗，或者可以使得更有效率的化学反应能够顺利进行。不管从什么方面入手，从前的化学反应都将受到根本的改变，我们的化工工艺也将因此而变得环保。 

光华管理学院 倪涛 化学与社会期中论文 

原子经济学改进实例 

原子经济学并不只是一个理论，实际上它已经开始进入了我们的生产和生活。例如我们熟知的药物布洛芬(Ibuprofen)，旧的工艺是Boots公司的Brown合成法，其原子经济百分比只有40%强。而BCH公司研制的新合成法则将这一比例提高到了70%多。 

我们来参看关于利用含三价铁离子的蒙脱土和羧酸作为催化剂来催化胺类的酰化反应的例子。这一反应在治药行业中有广泛的应用。传统工艺中，胺类的酰化反应主要用酰基氯或者酸酐（例如乙酸酐）来作为酰化剂，胺则有氮苯的各种衍生物提供。这些反应的原子经济性不到50%，乙酸酐中只有乙酰基形成了最后的产物。反映中作为催化剂的酸也多是液态的，增加了与产物分离的难度，同样降低了效率和经济性。印度学者首先提出了一种新的反应（见图表2），他们使用羧酸作为酰化剂，使用经过改良的蒙脱土（固体）作为催化剂，显著的提高了反应的原子经济性，最终产物中不属于产品的只有水，而催化剂作为固体也不会和产品混合导致难以分离。 

图表 2 

这一反应体现了我们前面所提到的精神，从反应物的选择和催化剂的选择方面，使得更

多的原子形成了最终产品，同时，由于产品与催化剂不需要做分离，减少了产品的无谓损失。 

从原子经济学到中国经济发展中的污染问题 

尽管原子经济学的原理给我们提供了一个美好的愿景，但我们也看到对所有的化学反应作这样的改进需要长期的努力，要把这样的反应的工业生产成本降低到可接受的程度更需要我们长时间的努力。我们暂时还无法从根本上解决经济发展中的环境问题，然而环境成本与我们的经济发展如影随形。企业的污染对环境造成的污染不属于企业决策考虑的范围（假如没有政府的惩罚），因此企业不会考虑自己的生产对环境产生的成本，这就是经济学中的外部性问题。对于这个问题，我们并不是束手无策，至少目前我们已经找到了与之对应的理论，能够很好的从经济制度上解决污染问题。 

污染的产权——制度的革新 

污染作为经济学中一个典型的负外部性，一直是经济学家们的一个焦点。厂商在给定的生产要素价格p下，选择最佳的生产要素和污染水平，达到最大化收益的目的。做一个简单的分析，生产成本c(s,x)是生产要素s和污染水平x的函数，那么厂商会选择s的边际成本等于p，x的边际成本等于0的条件生产。这样决定出来的污染水平对厂商是最有利的，但是完全没有考虑污染的环境成本，即对环境污染产生的社会负效应。 

英国经济学家亚瑟.皮古（Arthur Pigou）给出的答案曾经是对污染征税，也就是我们常说的皮古税（Pigouvain Tax）。皮古税的思路是，污染对社会来说会产生负的效用，但对企业来说却不产生任何成本——把废水排入河流明显比进行处理更经济实惠，只是附近的居民会相当痛苦。为了让理性决策的企业把污染问题纳入自己的决策范围，就应该对污染征税，使得污染本身产生了成本，于是企业可以自动在的在最大化产出的情况下最小化污染。皮古税的问题在于税率难以确定。计算的过程我们没有办法在这里详细给出，但是经过一个并不

光华管理学院 倪涛 化学与社会期中论文 

复杂的推断我们可以看到，要确定污染最小时的税率，我们就必须知道污染企业的最大收益产量，而这个产量实际上我们是无法知道的。因此要用皮古税来有效的解决污染问题很可能是一个乌托邦式的假想。 

而诺贝尔经济学奖获得者伟大的罗纳德.科斯（Ronald Coarse）则给出了一条更光明的道路。将排放污染的产权法定，这样所有的污染都有了一个负的价格。需要产生污染的企业需要从其他企业或个体那里花钱购买排放污染的权利。同样简单的计算就可以看到，此时产生的污染水平小于没有给污染定价时的污染水平。（如果知道企业的最大收益产量，皮古税也可以达到这样的效果。）在这个方案下，政府并不需要去研究每个厂商的情况，而只需要出台一部完善的污染产权法律，推行以后市场就能自动地把污染水平降到最低——尽管我们都很遗憾这个水平很可能不是零，但却是目前看来任何其他方法都不能达到的低水平。其思路之新奇令人叹为观止。 

未来之路 

前段时间手机报上说，中国正在考虑征收“炭税”，即根据产物中炭的含量对企业征收新的税种。看到这个消息，我心里五味杂陈。为什么我们的官员不能关注一下经济学发展的前沿，选择一个更有效的方向去研究呢？尽管要实现污染的产权制度还有很长的路要走，但是走上一条坎坷却正确的路总好过在一条死胡同里勇往直前。而洋洋洒洒的报告所耗用的人力物力，可以说是没有用在刀刃上的好钢，令人扼腕。 

我们需要注意的是，环境问题是人类“死生存亡之地”，经济发展不能以牺牲环境为代价；反过来，保护环境也不能以严重的阻碍经济发展为代价。因此，在考虑环境污染的同时，要兼顾污染减少与市场效率两个方面。窃以为，目前经济学理论中，污染产权化是可以同时达到以上两个目的的有效措施。既减少了政府必须对市场干预的可能性和频率，又实现了市场的自动调节，避免了市场效率的缺失。 

关于环境污染问题的前景也许会更加光明，原子经济学让我们看到了一种可能性，那就是原子经济性的化学反应能够实现工业化，从生产的源头减少甚至杜绝污染，把成本函数中的污染变量一笔抹去。如果说上述污染产权制度是从制度上革新来解决污染问题，那么原子经济学就是釜底抽薪、一劳永逸的根除了隐患。 

不管是实现污染的产权制度，还是要实现原子经济性的生产工艺大规模生产，我们的未来之路都还很长。不能牺牲经济和环境中的任何一个，而是要在尽可能保护环境的情况下，保持经济的长期繁荣。化学和经济学都在为了这个目标不懈的努力，我们也看到了化学、其他自然科学和社会科学在共同迈进。 

参考书目： 

1, Hal R. Varian, Intermediate Microeconomics . 7th edition. London：W.W.Nortaon&Company(因为是复印的图书馆的书，信息不全)

2, Kathryn E. Parent, CLEANING UP WITH ATOM ECONOMY, Green Chemistry Institute American Chemical Society

3, B.M. Choudary, V. Bhaskar, M. Lakshmi Kantam, K. Koteswara Rao and K.V. Raghavan, Acylation of amines with carboxylic acids: the atom economic protocol catalysed by Fe(III)-montmorillonite ,Indian Institute of Chemical Technology