Was sind teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW)?

HFCKW sind Verbindungen, die Kohlenstoff, Wasserstoff, Chlor und Fluor enthalten. Industrie und Wissenschaft betrachten bestimmte Chemikalien dieser Verbindungsklasse als akzeptable vorübergehende Alternativen zu Fluorchlorkohlenwasserstoffen. Die HFCKW haben eine kürzere Lebensdauer in der Atmosphäre als FCKW und geben weniger reaktives Chlor an die Stratosphäre ab, in der sich die „Ozonschicht“ befindet. Folglich wird erwartet, dass diese Chemikalien viel weniger zum Abbau der stratosphärischen Ozonschicht beitragen als FCKW. Da sie immer noch Chlor enthalten und das Potenzial haben, das stratosphärische Ozon zu zerstören, werden sie nur als vorübergehender Ersatz für die FCKW angesehen. Die derzeitige internationale Gesetzgebung hat Produktionsobergrenzen für HFCKW vorgeschrieben; die Produktion ist nach 2020 in Industrieländern und 2030 in Entwicklungsländern verboten.

Abbildung 1. Beobachtete atmosphärische Veränderungen für Ersatz-Halogenkohlenwasserstoffe aus dem NOAA/GML Flask Sampling Network.

HFCKWs sind weniger stabil als FCKWs, weil HFCKW-Moleküle Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen enthalten. Wasserstoff, der in organischen Verbindungen wie diesen an Kohlenstoff gebunden ist, wird im unteren Teil der Atmosphäre, der Troposphäre, vom Hydroxylradikal angegriffen. (FCKW werden vom Hydroxylradikal nicht zerstört, da sie keinen Wasserstoff und somit keine Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen enthalten). Wenn HFCKW in der Troposphäre oxidiert werden, verbindet sich das freigesetzte Chlor in der Regel mit anderen Chemikalien zu Verbindungen, die sich in Wasser und Eis lösen und durch Niederschläge aus der Atmosphäre entfernt werden. Wenn HFCKW auf diese Weise zerstört werden, gelangt ihr Chlor nicht in die Stratosphäre und trägt nicht zur Zerstörung des Ozons bei.

Ein gewisser Anteil der in die Atmosphäre freigesetzten HFCKW-Moleküle erreicht die Stratosphäre und wird dort durch Photolyse (durch Licht ausgelöste Zersetzung) zerstört. Das in der Stratosphäre freigesetzte Chlor kann dann an ozonabbauenden Reaktionen teilnehmen, ebenso wie das bei der Photolyse von FCKW freigesetzte Chlor. Da HFCKW in der Atmosphäre durch zwei Mechanismen erheblich abgebaut werden (im Gegensatz zu FCKW, die in der Stratosphäre fast ausschließlich durch Photolyse zerstört werden), und da die Photolyseraten von HFCKW im Allgemeinen langsamer sind als die von FCKW, wird von HFCKW in der unteren Stratosphäre verhältnismäßig weniger Chlor freigesetzt als von FCKW. Diese Eigenschaften erklären, warum davon ausgegangen wird, dass HFCKW viel weniger Ozon in der Stratosphäre abbauen als entsprechende Mengen von FCKW.

Wie haben sich die HFCKW-Konzentrationen in der Atmosphäre im Laufe der Zeit verändert?

Regelmäßige, sorgfältige Messungen der Luft an abgelegenen Orten zeigen, dass die globalen HFCKW-Konzentrationen im Laufe der Zeit rasch angestiegen sind. Dieser Anstieg kann auf die verstärkte Verwendung von HFCKW als Ersatz für FCKW und andere Chemikalien als Lösungs-/Reinigungsmittel, Kühlmittel, Schaummittel, Klimaanlagenflüssigkeiten usw. zurückgeführt werden, die in den späten 1980er und frühen 1990er Jahren begann. Messungen von Luft, die in Behältern gelagert wurde, die ursprünglich bereits 1977 gefüllt wurden, und Messungen von noch älterer Luft, die im Schnee über der Antarktis oder Grönland eingeschlossen war, haben es Wissenschaftlern der NOAA, des CSIRO (Australien) und der University of East Anglia (Vereinigtes Königreich) ermöglicht, zu rekonstruieren, wie sich die Konzentrationen dieser Gase in der Atmosphäre in den letzten 100 Jahren verändert haben. Es ergibt sich ein Bild, bei dem die HFCKW zu Beginn des 20. Jahrhunderts nicht in der Atmosphäre vorhanden waren. Sobald ihre Verwendung gefördert wurde, um den Ausstieg aus der Verwendung von FCKW und verwandten ozonabbauenden Gasen zu beschleunigen, stiegen die HFCKW-Konzentrationen rasch von Null auf die heute beobachteten Werte an.

Hat der Anstieg der HFCKW-Konzentrationen im Hinblick auf den Abbau des stratosphärischen Ozons den beobachteten Rückgang der Konzentrationen von FCKW und anderen ozonabbauenden Chemikalien in der Atmosphäre ausgeglichen?

Das Ozongleichgewicht in der Stratosphäre wird durch eine Reihe wichtiger Faktoren bestimmt, darunter die Konzentration reaktiver Chlor- und Bromchemikalien. Der drastische Anstieg der Chlor- und Bromkonzentration in der Stratosphäre seit den 1950er Jahren hat zu einer verstärkten Ozonzerstörung geführt. Die Zerstörung ist im Frühjahr (Sep-Nov) über der Antarktis am auffälligsten, wird aber auch in geringerem Maße über der Arktis im März-Mai und über den mittleren Breitengraden das ganze Jahr über beobachtet. Die NOAA-Messungen von FCKW, HFCKW und anderen ozonabbauenden Stoffen zeigen jedoch, dass die Gesamtmenge von Chlor und Brom in der Atmosphäre seit den 1990er Jahren abnimmt! Dieser Rückgang ist eine direkte Folge davon, dass sich viele Länder an die im Montrealer Protokoll festgelegten Vorschriften zur Begrenzung der Produktion von ozonabbauenden Stoffen gehalten haben. Während also die HFCKW-Konzentrationen in der Atmosphäre weiter anstiegen, haben die bisher beobachteten Rückgänge bei den stärkeren ozonabbauenden Substanzen (wie FCKW und Methylchloroform) den verstärkten Einfluss der HFCKW mehr als ausgeglichen. Die Vorschriften des Montrealer Protokolls, die die Produktion von HFCKW einschränken und schließlich ganz unterbinden, sind so konzipiert, dass HFCKW nicht zu einem größeren Problem werden als die FCKW, die sie ersetzt haben.

Was bieten die NOAA/GML-Messungen den politischen Entscheidungsträgern, der breiten Öffentlichkeit und der wissenschaftlichen Gemeinschaft?

Die NOAA/GML-Messungen ermöglichen das umfassendste und konsistenteste Bild der globalen Spurengaskonzentrationen und der Veränderungen dieser Konzentrationen im Laufe der Zeit. Die von uns gemessenen Spurengase spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Ozonmenge in der Stratosphäre. Sie haben auch einen großen Einfluss auf den Wärmehaushalt in der Atmosphäre, da sie Licht absorbieren und andere Gase beeinflussen, die Licht absorbieren (Ozon in der Stratosphäre). Nur durch eine kontinuierliche Überwachung von Cl, Br, Aerosolen und Temperaturen werden wir in der Lage sein, die folgenden Fragen zu beantworten:

• Funktioniert das Montrealer Protokoll?
• Verläuft die Erholung der Ozonschicht wie erwartet?
• Gibt es größere Lücken in unserem Verständnis der Ozonabbauphänomene?
• Verzögert die Zunahme der Treibhausgase die Erholung der Ozonschicht?

Weitere Informationen erhalten Sie bei:
Dr. Stephen A. Montzka; Telefon: (303)-497-6657