人工智慧神助攻，為化工廠廢料開創新生命

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作者 YAP KUO | 發布日期 2022年08月07日 0：30

工業化大規模生產製造的同時也產生巨量廢棄物，據估計每年高達數十億噸。有毒廢物也有數億噸，且數量持續攀升。由於地球資源終將枯竭，且有毒廢物對環境的破壞迫近地球承受臨界點，因此有科學家嘗試導入「循環化學」（Circular Chemistry）概念，盼能利用化工廠的廢物再合成為「有價值」的產品，同時減少對地球的傷害。

以人工智慧克服複雜的化學合成難題

有機化學分子的合成路徑極複雜。傳統化學合成設計需要化學知識豐富的化學家，針對目標分子的結構及特性而設計出可能的合成路徑（包括數個步驟以上），再經過試驗、嘗試錯誤的修正後才能有效率合成所需的化學分子。近來人工智慧蓬勃發展，有科學家創造出能輔助化學家設計化學合成路徑的人工智慧，強大的運算能力可從大量化學反應式篩選出符合實際需求的合成規則，並判斷某特定有機化合物可利用哪些原始組成分合成。

為化工廠的有毒廢物找到出路

近日畢業於耶魯大學的波蘭科學家葛日博斯基（Bartosz A. Grzybowski）博士運用Allchemy人工智慧軟體，以200多種化工廠日常產生的化學廢物為原料演算出300多種化學合成路徑，有機會促成數量龐大又一無是處的化學廢物循環再利用、轉成為藥物或化學肥料等有價值的產品。這項發現有機會協助化工產業降低處理廢物成本，且可「廢物利用」創造新價值。成果刊登於頂尖科學期刊《自然》（Nature）期刊。

成功量產

葛日博斯基博士研究團隊由人工智慧演算結果選擇幾條化學合成途徑，先在實驗室進行小規模實驗以驗證可行性，並確認演算結果正確性。儘管Allchemy建議的合成途徑有些步驟頗為創新沒有前例可循，但合成通常很順利且達良好產率。接下來將合成規模擴大，並在化學原料摻入工業廢水以模擬將來實際生產情形。結果無論肌肉鬆弛劑（cisatracurium）、安眠藥（midazolam）、麻醉藥（propofol）等藥物分子皆能獲得高純度產物。

線性經濟 vs. 循環經濟

資源從開採、製造、使用到廢棄，一直線「線性經濟」（Linear Economy）已不可行。大量生產、消費、再大量廢棄的經濟模式終將面臨資源枯竭，並導致地球環境遭嚴重破壞。英國經濟學家於1989年提出「循環經濟」（Circular Economy）新經濟模式，透過「重複」使用產品、零組件及材料，使資循環利用產生更高經濟價值與效益。由於地球資源過度開發及環境遭廢棄物污染日益嚴重，推動循環經濟早成為各國政府施政的重要政策。類似葛日博斯基博士這種結合人工智慧找尋循環經濟的創新運用，必會更受重視。

結語

本次研究結果顯示，若整個化工產業普遍採用如Allchemy這種人工智慧演算法，將全面性改變產業運作模式。如某公司可揭露有哪些化學廢料，另外公司提出想合成的化學物需求；還有些公司可參加投標由系統媒合生產計畫。如此就能更接近循環化學一步。