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氟化学工业对环境及社会经济的影响评估与可持续发展路径研究。通过耦合评估框架分析PFAS和F-gases的协同排放动态，揭示其在产业上游（萤石矿）至下游（应用产品）的全链条影响，关联28项SDGs目标，发现产业创新推动SDG9但加剧SDG6挑战，提出针对性限制与全球合作政策。
邵新月|王佩|张振军|胡俊俊|卢永龙
中国厦门大学环境与生态学院，教育部沿海与湿地生态系统重点实验室及福建可持续海洋研究院，厦门361102
摘要
氟化工行业对锂离子电池和航空航天材料等先进技术至关重要，但其排放的新兴污染物（如全氟和多氟烷基物质（PFAS）和氟化气体（F-gases）尽管受到全球监管，仍对环境和健康构成严重威胁。本研究提出了一种耦合评估方法，以评估氟化工行业在环境影响与社会经济效益之间的权衡。我们考察了氟化工产业链中PFAS和F-gases的共排放动态——包括上游（萤石开采）、中游（制冷剂、氟聚合物）和下游（应用）环节。同时建立了一个新的协同监测框架，以加强监测工作。利益相关者分析揭示了科学家、行业领袖和政策制定者在平衡经济效益与环境责任方面的持续争论。通过情感分析，我们将氟化工行业的影响映射到28项可持续发展目标（SDGs）上，结果表明，该行业通过创新推动了SDG 9（产业、创新、基础设施）的实现，但加剧了SDG 6（清洁水和卫生）的挑战，这凸显了加强排放控制的必要性。本研究提供了可行的政策建议，倡导有针对性的限制和全球合作，以实现经济增长与环境可持续性的平衡，为管理氟化工行业的影响提供了一种变革性方法。
引言
数十年来，针对全氟和多氟烷基物质（PFAS）作为污染物的研究一直十分活跃。近年来，随着PFAS被认定为“永久性化学物质”（Brunn等人，2023年），人们对其的担忧日益增加。PFAS是一类持久性有机污染物，含有至少一个全氟甲基（-CF3）或全氟亚甲基（-CF2-）基团，已被证明对人体健康极具危害（Panieri等人，2022年），最新研究进一步证实其致癌效应更为严重（Zahm等人，2024年）。尽管《斯德哥尔摩公约》对PFAS进行了全球性限制，但禁令实施后的监测显示某些地区仍存在持续的环境排放（Luki? Bilela等人，2023年；Ehsan等人，2025年）。回顾《斯德哥尔摩公约》可知，虽然全氟辛烷磺酸（PFOS）在2009年被禁止，但其替代品仅限于某些应用领域，许多应用（如光成像、半导体或航空液压油）至今仍缺乏有效替代品。C6全氟己烷磺酸（PFHxS）原本被用作PFOS的替代品，但其不良影响同样令人担忧（Liu等人，2020年），在某些情况下甚至比PFOS更严重，且PFHxS的半衰期更长（Li等人，2018年）。其他替代品（如六氟丙烯氧化物二聚体HFPO-DA）在环境中也被检测到高浓度（Dong等人，2024a年），这引发了对其潜在不良影响的新的担忧。
由于PFAS的应用范围广泛且替代品有限，尤其是在发展中国家，对其的控制仍然是一个重大挑战。以地毯产业为例，2017年该行业使用了60吨PFAS，同时有120吨被填埋，分别导致800公斤和100公斤的排放。到2030年，加利福尼亚州24%的回收目标仅能减少6%的填埋量，而积极的淘汰策略虽然能减少在用PFAS，但对填埋的影响有限（Chen等人，2020年）。丹麦最近的一项物质流分析表明，消费品纺织品和鞋类是PFAS排放的主要来源，每年分别贡献约2.3吨和380吨的PFAS，其中约一半通过出口流入其他国家（丹麦环境部，2024年）。《斯德哥尔摩公约》列出的三种PFAS在中国直到2023年才被列为新兴污染物，以便更有效地进行管理。此外，现有的排放模型往往低估了政策干预的效果。基于一级动力学的模拟显示，如果实施每年减少10%至20%排放量的政策，到2040年使用阶段的排放量可减少40%至90%（Jiang和Zhang，2021年）。这种模型间的显著差异凸显了PFAS管理的复杂性。
氟化工行业排放的另一类主要新兴污染物是氟化气体（F-gases），这类气体包含数百种受监管的化学物质。氢氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、三氟化氮（NF3）和六氟化硫（SF6）具有温室效应，属于《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）的管控范围，被归类为氟化温室气体（F-GHGs）。氯氟碳化合物（CFCs）和氢氯氟碳化合物（HCFCs）也被列为消耗臭氧层的物质（ODS），并受到《蒙特利尔议定书》的管控（Yi等人，2023年）。历史上，“PFCs”一词也曾用于指代PFAS（Genuis等人，2010年），这给跨学科研究带来了混淆。关于F-gases和PFAS的共排放信息存在较大空白。然而，有效监管这两种污染物需要将它们联系起来。但由于研究难度及对氟化工产业链分析的缺乏，相关研究几乎相互独立。
长期接触氟化物可能导致氟中毒，这是一种与受污染的饮用水、空气、食物以及含氟产品（如牙膏）相关的重大公共卫生问题（Srivastava和Flora，2020年；Zhao等人，2024年）。当氟化物浓度超过1.5 ppm时，如一个被称为“无微笑村”的村庄所显示的那样，对牙齿和骨骼健康的不良影响会变得明显（Huyen等人，2023年）。牙齿氟中毒（DF）和骨骼氟中毒（SF）是最常见的表现形式。在西藏，DF的患病率为40.3%，主要归因于人们饮用富含氟化物的砖茶（Wen等人，2022年）。在加纳，数百万人面临氟化物暴露的风险（Araya等人，2022年）。尽管氟化物的污染历史早于合成氟化工产品的出现，但氟化工行业也可能成为氟化物的额外来源。此外，氢氟酸（HF）作为关键的氟化工原料，也是氟化物排放的重要来源。2014年韩国的HF消耗量达到161,000吨，主要用于半导体制造和玻璃容器生产，年空气排放量为15.6吨，显示出明显的排放管理缺口（Kim等人，2017年）。
氟化工行业在21世纪的许多关键技术领域发挥着重要作用，因其高附加值和卓越的应用性能而常被称为“黄金产业”（Dolbier，2005年）。要在经济增长与环境影响之间找到平衡，需要采取可持续的解决方案，例如通过政策、技术创新和社会压力实现可持续的工业生态系统（Lyu等人，2023年），以及工业系统的可持续转型（Massuga等人，2024年）。然而，关于氟化工行业的信息仍然有限。本研究旨在系统地分析氟化工产业链上游、中游和下游的关键产品。为了探索有效的可持续解决方案，我们提出了“耦合评估”的定义，即氟化工产业链不同阶段氟化新兴污染物的共排放现象，以及污染的生态-环境影响与相关产品社会经济效益之间的权衡关系。通过利益相关者分析反映了当前不同国家和地区对污染物的关注和意见（表S1）。最后，将氟化工行业的利弊与可持续发展目标相结合，以提出政策建议。
章节摘录
氟化工产业链分析
本研究分析的氟化工产业链环节——上游、中游和下游——是基于三个主要标准选择的：环境影响、经济重要性和监管相关性。这些优先选择的环节旨在提供全面而集中的分析，以揭示氟化工行业在环境和社会经济方面的权衡，确保其与可持续发展挑战的相关性。
氟化工产业链的上游
氟化工污染物的共排放监测
经济合作与发展组织（OECD）在2021年修订了PFAS的定义，PubChem数据库中可查询到超过700万种PFAS和2100万种氟化化合物（Schymanski等人，2023年）。有效管理PFAS仍面临重大挑战。尽管氟化工产业链上的制造商可能分布在不同地点，但大型制造商或工业园区内仍存在F-gases和PFAS的共排放现象。
利益相关者响应分析
采用权力-利益矩阵框架系统分析氟化工行业关键利益相关者的角色和影响。权力指的是影响政策或实践的能力，而利益则表示对氟化化学品监管的关注程度或参与度。
情感分析方法
情感分析是自然语言处理（NLP）的广泛应用之一，涉及分析、处理、总结和推断具有情感内涵的文本。它使用情感评分指标来量化定性数据。基于词典的方法主要构建一套情感词典和规则来分解文本、提取关键词并计算情感值，从而确定情感极性。本研究采用了这一方法。
结论
氟化工行业在现代社会中发挥着重要作用，推动了多个领域的进步。然而，其对环境和人类健康的影响，尤其是与PFAS、F-gases和氟化物排放相关的影响，带来了重大的监管和可持续性挑战。本研究通过一种新颖的“耦合评估”方法，全面分析了氟化工行业的环境和社会经济影响。
作者贡献声明
邵新月：撰写——初稿、可视化、方法论、正式分析。王佩：撰写——审阅与编辑、监督、资金筹集、概念化。张振军：方法论、正式分析、数据整理。胡俊俊：调查。卢永龙：撰写——审阅与编辑、项目管理、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFC3804901）和国家自然科学基金（72394403和42030707）的资助。
