경제성이라는 개념의 구체적 내용은 매우 다양하게 사용돼 기술적 경제성, 원가적 경제성, 수익성적 경제성 등으로 분류될 수도 있다. 화학합성과 관련해 원자 경제성은 미래 환경과 인간 삶에 근본적인 바탕이며 절대적인 존재이다.
다른 원소들의 원자들과 결합하여 새로운 화합물을 만드는 화학합성은 세계 경제의 중심이 되고 인간의 삶을 풍요롭게 하는 많은 생성물을 산출한다. 염료, 비료, 약품, 합성섬유, 플라스틱, 전자부품 등은 화학반응에 의해 탄생된 물질의 익숙한 예들이다.
과거에는 환경을 고려하는 것보다 빠르고 경제적인 생산 방법을 우선했다. 다양한 화학 공정은 엄청난 양의 에너지를 사용했으며, 상당한 생성물은 재생 불가능하고 환경을 오염시키는 위험물질인 석유 기반 공급 원료로부터 얻은 것이 많다.
그렇지만 흔히 사용되는 화학물질의 위험성이 발견됨에 따라 과학자들은 화학합성에 대한 접근법을 변화시키기 시작했다. 녹색화학(green chemistry)는 위험물질의 사용이나 발생을 줄이거나 제거시키는 화학제품 및 공정을 설계하는 것이다.
이것은 오염물질이 발생한 첫 번째 장소에서 그 오염원을 보존해 제거하는 효율적인 반응 이용, 재생 가능한 원료 사용, 에너지 보존, 재사용·재활용·생분해 가능한 폐기물 생성에 초점을 맞추고 있다.
녹색화학 기술의 채택은 경제적인 이익, 향상된 안정성, 지속할 수 있는 미래에대한 약속을 제공한다. 화학자들은 오염물질과 폐기물의 형성을 방지하고자 원자 수준에서 공정을 설계하기 위해 녹색화학 원리를 이용한다.
원자 경제성은 스탠포드대 화학과 교수인 트로스트(Barry Trost)에 의해 고안된 개념이다. 그는 출발 원자들이 전부 또는 대부분 폐기물이나 부산물 대신 원하는 생성물에 이르는 것이 최선이라고 주장했다. 그것은 원자의 수에 관한 반응의 효율성으로 생각할 수 있다.
원자 경제는 다음 식을 통해 결정할 수 있다. “원자 경제성 백분율(%) = (원하는 생성물에 있는 모든 원자들의 원자량의 합 / 반응물에 있는 모든 원자들의 원자량의 합) x 100.” 원자 경제가 100 %라면 공정에 포함 된 모든 원자가 공정 중에 사용됐음을 뜻한다.
이것은 반응물의 모든 원자가 생성물의 원자로 전환됐음을 의미한다. 과거의 합성화학은 반응 수율에 비중을 두었지만, 근래에는 사용한 원료가 최종 생산물에 모두 들어가도록 하는 원자 경제성을 추구하며, 이는 친환경적 화학, 즉 녹색 화학에서 강조하는 12 원칙 중 하나이다.
녹색화학의 12 원칙은 예일대의 아나스타스(P. Anastas) 등이 1998년에 제시했다. 이들은 폐기물 생성 방지, 원자 경제, 위험성이 낮은 합성법의 설계, 더 안전한 용매와 보조물질의 사용, 에너지 효율이 높은 프로세스의 설계, 재생가능 원료의 사용, 선택성이 우수한 촉매 사용, 그리고 안전하게 분해되는 화합물의 설계 등이다.
녹색화학이 바로 물질의 대량 사용에 의한 문제에 대한 가장 적극적인 대안이다. 우리가 사용하는 합성 물질의 생산, 소비, 폐기에 이르는 모든 과정에서 환경과 인체에 미치는 영향을 최소화하는 것은 필수불가결한 문제이다.
100여 가지 원소의 상호작용에 의해 탄생한 물질들이 지구의 구성원이다. 그래서, 원자의 크기에서 물질을 직접 다루고 연구하는 것은 중요한 과제이다. 원자 수준에서 물질을 통제하고 연구하는 것은 컴퓨터, 생화학 및 배터리·촉매제·플라스틱 같은 산업 제품 등에 중요한 영향을 미친다.
