Mitä ovat osittain halogenoidut kloorifluorihiilivedyt (HCFC-yhdisteet)?

HCFC-yhdisteet ovat hiiltä, vetyä, klooria ja fluoria sisältäviä yhdisteitä. Teollisuus ja tiedeyhteisö pitävät tiettyjä tähän yhdisteryhmään kuuluvia kemikaaleja hyväksyttävinä väliaikaisina vaihtoehtoina kloorifluorihiilivedyille. HCFC-yhdisteiden elinikä ilmakehässä on lyhyempi kuin CFC-yhdisteiden ja ne tuottavat vähemmän reaktiivista klooria stratosfääriin, jossa ”otsonikerros” sijaitsee. Näin ollen näiden kemikaalien odotetaan heikentävän stratosfäärin otsonikerrosta paljon vähemmän kuin CFC-yhdisteiden. Koska ne sisältävät edelleen klooria ja voivat tuhota stratosfäärin otsonia, niitä pidetään vain väliaikaisina CFC-yhdisteiden korvaajina. Nykyinen kansainvälinen lainsäädäntö on asettanut HCFC-yhdisteille tuotantokattoja; tuotanto on kielletty vuoden 2020 jälkeen teollisuusmaissa ja vuoden 2030 jälkeen kehitysmaissa.

Kuva 1. NOAA:n/GML:n pullonäytteenottoverkostosta saadut havainnot korvaavien halogeenihiilivetyjen muutoksista ilmakehässä.

HKFC-yhdisteet ovat vähemmän stabiileja kuin CFC-yhdisteet, koska HCFC-molekyylit sisältävät hiili-vetysidoksia. Kun vety kiinnittyy hiileen tällaisissa orgaanisissa yhdisteissä, hydroksyyliradikaali hyökkää sen kimppuun ilmakehän alemmassa osassa, jota kutsutaan troposfääriksi. (Koska CFC-yhdisteet eivät sisällä vetyä eivätkä näin ollen hiili-vetysidoksia, hydroksyyliradikaali ei tuhoa niitä). Kun HCFC-yhdisteet hapettuvat troposfäärissä, vapautuva kloori yhdistyy yleensä muiden kemikaalien kanssa yhdisteiksi, jotka liukenevat veteen ja jäähän ja poistuvat ilmakehästä sateiden avulla. Kun HCFC-yhdisteet tuhoutuvat tällä tavoin, niiden kloori ei pääse stratosfääriin ja vaikuta otsonin tuhoutumiseen.

Tietyistä ilmakehään vapautuvista HCFC-molekyyleistä tietty osa pääsee stratosfääriin ja tuhoutuu siellä fotolyysissä (valon käynnistämä hajoaminen). Stratosfääriin vapautuva kloori voi sitten osallistua otsonia tuhoaviin reaktioihin kuten CFC-yhdisteiden fotolyysistä vapautuva kloori. Koska HCFC-yhdisteet hajoavat ilmakehässä merkittävästi kahdella mekanismilla (toisin kuin CFC-yhdisteet, jotka tuhoutuvat stratosfäärissä lähes yksinomaan fotolyysin avulla) ja koska HCFC-yhdisteiden fotolyysinopeus on yleensä hitaampi kuin CFC-yhdisteiden fotolyysinopeus, HCFC-yhdisteistä vapautuu alemmassa stratosfäärissä suhteessa vähemmän klooria kuin CFC-yhdisteistä. Nämä ominaisuudet selittävät, miksi HCFC-yhdisteiden odotetaan heikentävän stratosfäärin otsonia paljon vähemmän kuin vastaavat määrät CFC-yhdisteitä.

Miten HCFC-yhdisteiden pitoisuudet ilmakehässä ovat muuttuneet ajan mittaan?

Säännölliset, huolelliset mittaukset ilmasta kaukaisista paikoista osoittavat, että HCFC-yhdisteiden globaalit pitoisuudet ovat kasvaneet nopeasti ajan mittaan. Kasvun voidaan katsoa johtuvan siitä, että HCFC-yhdisteitä käytetään yhä enemmän CFC-yhdisteiden ja muiden kemikaalien korvaajina liuotin-/puhdistusaineina, jäähdytysaineina, vaahtopuhallusaineina, ilmastointilaitteiden nesteinä jne. 1980-luvun lopulla ja 1990-luvun alussa. NOAA:n, CSIRO:n (Australia) ja East Anglian yliopiston (Iso-Britannia) tutkijat ovat voineet mitata jo vuonna 1977 täytettyihin säiliöihin varastoitua ilmaa ja mitata vielä vanhempaa, Antarktiksen tai Grönlannin yläpuolella olevaan lumeen jäänyttä ilmaa, minkä ansiosta he ovat voineet rekonstruoida, miten näiden kaasujen pitoisuudet ovat muuttuneet ilmakehässä viimeisten 100 vuoden aikana. Syntyy kuva, jonka mukaan HCFC-yhdisteitä ei ollut ilmakehässä 1900-luvun alkupuolella. Kun niiden käyttöä alettiin edistää CFC-yhdisteiden ja vastaavien otsonikerrosta heikentävien kaasujen asteittaisen käytön nopeuttamiseksi, HCFC-yhdisteiden pitoisuudet kasvoivat nopeasti nollasta nykyisin havaittuihin määriin.

Onko stratosfäärin otsonikatoa ajatellen HCFC-yhdisteiden pitoisuuksien kasvu korvannut CFC-yhdisteiden ja muiden otsonikerrosta heikentävien kemikaalien ilmakehän pitoisuuksissa havaitut laskut?

Stratosfäärin otsonitasapaino määräytyy useiden tärkeiden tekijöiden mukaan lukien reaktiivisten kloori- ja bromikemikaalien pitoisuudet. Kloorin ja bromin pitoisuuksien dramaattinen kasvu stratosfäärissä 1950-luvulta lähtien on lisännyt otsonin tuhoutumista. Tuhoaminen on silmiinpistävintä keväällä (syys-marraskuussa) Etelämantereella, mutta sitä havaitaan vähäisemmässä määrin myös arktisella alueella maalis-toukokuussa ja keskileveysasteilla ympäri vuoden. NOAA:n mittaukset CFC-yhdisteistä, HCFC-yhdisteistä ja muista otsonia tuhoavista aineista osoittavat kuitenkin, että kloorin ja bromin kokonaismäärä ilmakehässä alkoi vähentyä 1990-luvulla! Tämä väheneminen on suoraa seurausta siitä, että monet valtiot ovat noudattaneet Montrealin pöytäkirjassa esitettyjä määräyksiä otsonikerrosta heikentävien aineiden tuotannon rajoittamiseksi. Vaikka HCFC-yhdisteiden pitoisuudet ilmakehässä jatkoivat kasvuaan, voimakkaampien otsonikerrosta heikentävien aineiden (kuten CFC-yhdisteiden ja metyylikloroformin) osalta tähän mennessä havaittu väheneminen on enemmän kuin korvannut HCFC-yhdisteiden lisääntyneen vaikutuksen. Montrealin pöytäkirjan määräykset, joilla rajoitetaan HCFC-yhdisteiden tuotantoa ja lopulta lopetetaan se, on suunniteltu siten, että HCFC-yhdisteistä ei tule suurempaa ongelmaa kuin CFC-yhdisteistä, jotka ne korvasivat.

Mitä NOAA/GML-mittaukset tarjoavat poliittisille päättäjille, suurelle yleisölle ja tiedeyhteisölle?

NOAA/GML-mittaukset antavat kattavimman ja johdonmukaisimman kuvan maailmanlaajuisista hivenkaasupitoisuuksista ja niiden muutoksista ajan myötä. Mittaamillamme hivenkaasuilla on tärkeä rooli stratosfäärin otsonimäärän määrittämisessä. Ne vaikuttavat myös voimakkaasti ilmakehän lämpötasapainoon, koska ne absorboivat valoa ja koska ne vaikuttavat muihin valoa absorboiviin kaasuihin (stratosfäärin otsoni). Vain jatkamalla Cl:n, Br:n, aerosolien ja lämpötilojen seurantaa pystymme vastaamaan kysymyksiin:

• toimiiko Montrealin pöytäkirja?
• eteneekö otsonikerroksen elpyminen odotetulla tavalla?
• Onko otsonikatoilmiöiden ymmärtämisessä suuria aukkoja?
• Viivästyttääkö kasvihuonekaasujen lisääntyminen otsonikerroksen elpymistä?

Lisätietoja saat osoitteesta:
Tohtori Stephen A. Montzka; puh: (303)-497-6657