21世纪的化学将不同以往

◆21世纪的化学将不同以往

讲述人：彭笑刚（化学系教授）

“中国人大量买什么什么涨价、中国人大量销售什么什么跌价。”这是今天中国人面对的一个困局。为什么会这样呢？

在过去35年里，世界上发生了一件大事情，那就是中国的和平崛起。与此同时，其他人口大国（如印度和巴西）也快速发展。到了21世纪，已经没有人再会质疑，中国成了世界上最大的工业制造国家。一方面，我们中国人以人类历史上从未有过的速度和产能，制造着大量的工业品（尤其是轻工业品）。中国人不但制造了太多的东西，而且许许多多中国工厂都集中在门槛不高的行业里，不可避免地面临着产品同质化、竞争低价化等问题。另一方面，中国人口占世界人口的20%左右，她的崛起必然需要大量的资源和能源作为基本生产资料和生活物资。

也就是说，中国人口太多了。中国人求购什么，就可能意味着在国际范围内超乎寻常的需求；中国人输出什么，就可能意味着向世界提供前所未有的大量的供给。

中国如果要从这样的不利局面中脱身，需要从多方面下手，而且这将会是一个相对长期的过程。怎样脱身？面对这样一个问题，尽管答案是复杂的、多面的，但是下面的事实会让我们看到，答案的一部分离不开现代化学的深入发展。

首先，中国的发展（甚至是维持今天的生存水平）受制于人均占有自然资源的短缺。无论如何，中国人的人均自然资源占有率无法企及今天美国人的人均自然资源占有率。这是因为，按照目前的数据，美国人口占世界的5%，而自然资源占有大约为整个地球的40%左右。这等于说，如果要达到美国目前的人均自然资源占有率，按照中国的人口估算，中国需要大约两个地球。显然，发现一个地球、实现星球搬家并非近几代人可以实现的。

因此，我们只剩下一条路：寻找新的资源使用的方法。

一方面，从科学的角度看，新的资源使用方法意味着“高新材料”的设计、合成和加工。因为受制于自然资源，所以我们这里的“高新材料”必须从易得原料出发，以高效原料利用率和低能耗的方式制成。并且，这些“高新材料”制成的产品被使用过以后，还必须在自然界中快速转变为无害自然物质。当然，这些高新材料必须性能优异，必须能够满足人类人新月异的生活需求。

按照现代科学的分类，发展“高新材料”的核心任务必须由化学家来承担。这是因为，化学家是以操纵原子分子获得新物质为专业特长的科学工作者。

另一方面，中国产业必须转型，必须从“中国制造”过渡到“中国创造”。目前来看，实现这个转变还需要一段时间，大约是十年到二十年。这个时间窗口的存在，是因为我们还有一定的人口红利，还有一些值得投资的基础建设，还有相对不发达的内地。纵观世界，发达国家基本上都不再是“工业化国家”，而是“智慧型国家”或者“创造型国家”。也就是说，当中国用了60年从农业国基本上转化为工业国的时候，以美国为代表的发达国家的立国模式已悄然地由工业制造为主发展到科学创造为主。其结果是，我们还是落后了。而智慧型国家的典型特征，就是所谓的高科技工业。

在国际上，高科技的主要决定因素被认为是“高新材料”。这是因为，一旦一种全新的性能优异、价格低廉的材料被制造出来，那么，随之而来的产业链即可能发生颠覆性的变换。原有的材料加工设备、加工工艺、产品成型方法，直至终端产品的设计和制造，都必须加以改造，以适应“高新材料”。

综合以上两点，可以看出，“高新材料”不但是因应资源短缺的唯一答案，而且是高科技中的核心。或者说，明天的中国化学家不但要为中国解决自然资源的问题，而且要准备好为“中国创造”奠定基础。进一步地，中国是如此之大，中国和平崛起功德圆满的那一天，极有可能带来人类整体生活方式的大变革。这等于说，中国化学家的任务在一定程度上是探索地球村文明的新生活方式。

应该指出的是，发达国家化学家的研究重点在大约15年前就开始了悄然的调整。在那之前，化学的主要重心是为制药业服务的有机合成，而现在的局面是有机合成化学与高新材料化学并重。也就是说，自然资源短缺的问题，并不是只有中国人有所觉察，而是一个世界范围内的问题。今天上百万的化学家中，研究高新材料的化学家们无疑是国际化学舞台上最活跃的一个群体。

上陈述化学对中国、对全人类将来的意义，并不只是纯粹推测，而是有一定历史根据的。举如下两个例子，由此可以看到，昨天的化学家已经为人类做出了杰出的贡献，令人肃然起敬。

第一个例子，从有文献记载起到20世纪初，人类的平均寿命一直在30多岁徘徊。到了20世纪末期，世界人口男女平均寿命分别达到63.3岁和67.6岁。而且，在一个人的有生之年里，受制于病痛的时间比例也大大减小了。显然，现代医药的快速发展是功不可没的；而绝大部分的新药，是由化学家在实验室里合成出来的。

第二个例子，随着文明的进步，20世纪初人类对钢铁等金属的需求量快速膨胀。按照20世纪上半叶的趋势看，地球能够给人类提供的金属材料将很快无法满足要求。恰巧在那个时候，化学家发明了各式各样的高分子聚合物，从而把人类从金属材料的局限中解放了出来。放眼来看，我们今天的生活如果离开这些人造高分子聚合物将是无法想象的。在欧美发达国家，人均每年的聚合物消耗量大约是人均体重的一半。由此，化学家发明高分子聚合物的伟大意义可见一斑。

比较20世纪与21世纪的形势，化学家面对的挑战——也是大展身手的机会——有相同之处，也有不同之处。相同之处在于，20世纪的和21世纪的伟大机遇都源于自然资源无法满足人类的需求。不同之处在于，21世纪的化学家必须为自己的创造物在环境中的命运负责任。在今天拥挤不堪、负担沉重的地球村里，化学家正在创造、将要创造的“高新材料”必须是环境友好的，不能再像20世纪发明的塑料那样成为百年不化、超量存在的白色垃圾。

不仅是“高新材料”产品本身应该是环保安全的，而且21世纪化学家发明的新化学过程也应该是健康无毒、安全可靠的。这样的新化学过程，不但会让化工生产操作更容易，而且会让发明这些过程的化学家的研究环境变得更理想。实际上，在过去的大半个世纪里，发达国家化学实验室的工作条件已经得到了大大的改善。研究人员只要遵守基本工作规程，他们受到化学品毒害的机会，与正常人受到毒害的机会相比，差别不大。