Wat zijn chloorfluorkoolwaterstoffen (HCFK’s)?

HCFK’s zijn verbindingen die koolstof, waterstof, chloor en fluor bevatten. De industrie en de wetenschappelijke gemeenschap beschouwen bepaalde chemicaliin binnen deze klasse van verbindingen als aanvaardbare tijdelijke alternatieven voor chloorfluorkoolwaterstoffen. De HCFK’s hebben een kortere atmosferische levensduur dan CFK’s en leveren minder reactief chloor aan de stratosfeer, waar zich de “ozonlaag” bevindt. Bijgevolg wordt verwacht dat deze chemische stoffen veel minder tot de aantasting van de stratosferische ozonlaag zullen bijdragen dan CFK’s. Omdat zij nog steeds chloor bevatten en de stratosferische ozonlaag kunnen vernietigen, worden zij slechts beschouwd als tijdelijke vervangers van de CFK’s. De huidige internationale wetgeving heeft productieplafonds opgelegd voor HCFK’s; de productie is verboden na 2020 in de ontwikkelde landen en na 2030 in de ontwikkelingslanden.

Figuur 1. Waargenomen atmosferische veranderingen voor vervangende halokoolwaterstoffen van het NOAA/GML Flask Sampling Network.

HCFK’s zijn minder stabiel dan CFK’s omdat HCFK-moleculen koolstof-waterstofverbindingen bevatten. Waterstof, wanneer gebonden aan koolstof in organische verbindingen zoals deze, wordt aangevallen door het hydroxyl-radicaal in het lagere deel van de atmosfeer dat bekend staat als de troposfeer. (CFK’s worden niet door het hydroxyl-radicaal vernietigd, omdat zij geen waterstof en dus ook geen koolstof-waterstofverbindingen bevatten). Wanneer HCFK’s in de troposfeer worden geoxideerd, verbindt het vrijgekomen chloor zich meestal met andere chemicaliën tot verbindingen die oplossen in water en ijs en door neerslag uit de atmosfeer worden verwijderd. Wanneer HCFK’s op deze wijze worden vernietigd, bereikt hun chloor niet de stratosfeer en draagt het niet bij tot de vernietiging van de ozonlaag.

Een bepaald deel van de HCFK-moleculen die in de atmosfeer terechtkomen, bereikt de stratosfeer en wordt daar vernietigd door fotolyse (door licht geïnitieerde afbraak). Het in de stratosfeer vrijkomende chloor kan dan deelnemen aan ozonafbrekende reacties, net als chloor dat vrijkomt bij de fotolyse van CFK’s. Omdat HCFK’s in de atmosfeer via twee mechanismen in belangrijke mate worden afgebroken (in tegenstelling tot CFK’s die in de stratosfeer vrijwel uitsluitend door fotolyse worden vernietigd), en omdat de fotolyse van HCFK’s in het algemeen langzamer verloopt dan die van CFK’s, komt er in vergelijking met CFK’s verhoudingsgewijs minder chloor vrij uit HCFK’s in de onderste stratosfeer. Deze eigenschappen verklaren waarom HCFK’s naar verwachting veel minder stratosferisch ozon afbreken dan vergelijkbare hoeveelheden CFK’s.

Hoe zijn de concentraties van HCFK’s in de atmosfeer in de loop der tijd veranderd?

Reguliere, zorgvuldige metingen van de lucht op afgelegen plaatsen tonen aan dat de concentraties van HCFK’s in de wereld in de loop der tijd snel zijn toegenomen. Deze stijging kan worden toegeschreven aan het toegenomen gebruik van HCFK’s ter vervanging van CFK’s en andere chemicaliën als oplosmiddelen/schoonmaakmiddelen, koelmiddelen, schuimblaasmiddelen, airconditioningvloeistoffen, enz. vanaf eind jaren tachtig, begin jaren negentig. Metingen van lucht die is opgeslagen in containers die oorspronkelijk al in 1977 zijn gevuld en metingen van nog oudere lucht die is opgesloten in sneeuw boven Antarctica of Groenland hebben wetenschappers van NOAA, CSIRO (Australië) en de Universiteit van East Anglia (VK) in staat gesteld te reconstrueren hoe de concentraties van deze gassen in de atmosfeer de afgelopen 100 jaar zijn veranderd. Het beeld dat naar voren komt is dat HCFK’s in het begin van de 20e eeuw niet in de atmosfeer aanwezig waren. Zodra het gebruik ervan werd aangemoedigd om de eliminatie van CFK’s en aanverwante ozonafbrekende gassen te versnellen, namen de HCFK-concentraties snel toe van nul tot de hoeveelheden die nu worden waargenomen.

Wat betreft de afbraak van ozon in de stratosfeer: heeft de stijging van de HCFK-concentraties de daling gecompenseerd die is waargenomen in de concentraties in de atmosfeer van de CFK’s en andere ozonafbrekende chemicaliën?

De balans van ozon in de stratosfeer wordt bepaald door een aantal belangrijke factoren, waaronder de concentratie van reactieve chloor- en broomchemicaliën. De dramatische toename van de concentratie chloor en broom in de stratosfeer sinds de jaren vijftig heeft geleid tot een versterkte vernietiging van de ozonlaag. De vernietiging is het opvallendst in de lente (sep-nov) boven Antarctica, maar wordt ook in mindere mate waargenomen boven de Noordpool in maart-mei en boven de midden-litudes gedurende het hele jaar. Uit NOAA-metingen van CFK’s, HCFK’s en andere ozonafbrekende stoffen blijkt echter dat de totale hoeveelheid chloor en broom in de atmosfeer in de jaren negentig begon af te nemen! Deze daling is een rechtstreeks gevolg van het feit dat vele landen zich hebben gehouden aan de voorschriften van het Protocol van Montreal om de productie van ozonafbrekende stoffen te beperken. Terwijl de concentraties van HCFK’s in de atmosfeer dus bleven toenemen, hebben de dalingen die tot op heden zijn waargenomen voor de krachtigere ozonafbrekende stoffen (zoals CFK’s en methylchloroform) de grotere invloed van de HCFK’s meer dan gecompenseerd. De voorschriften van het Protocol van Montreal die de productie van HCFK’s beperken en uiteindelijk uitbannen, zijn opgesteld met de bedoeling dat HCFK’s niet een groter probleem worden dan de CFK’s die zij vervingen.

Wat leveren NOAA/GML-metingen op voor beleidsmakers, het grote publiek en de wetenschappelijke gemeenschap?

NOAA/GML-metingen geven het meest uitgebreide en consistente beeld van wereldwijde concentraties van sporengassen en veranderingen in die concentraties in de loop van de tijd. De door ons gemeten sporengassen spelen een belangrijke rol bij het bepalen van de hoeveelheden ozon in de stratosfeer. Zij hebben ook een sterke invloed op de warmtebalans in de atmosfeer omdat zij licht absorberen en omdat zij andere gassen beïnvloeden die licht absorberen (ozon in de stratosfeer). Alleen door voortdurend toezicht op Cl, Br, aërosolen en temperaturen zullen we in staat zijn de volgende vragen te beantwoorden:

• Werkt het Protocol van Montreal?
• Verloopt het herstel van de ozonlaag zoals verwacht?
• Bestaan er grote leemten in ons begrip van de verschijnselen die de ozonlaag aantasten?
• Vertraagt de toename van broeikasgassen het herstel van de ozonlaag?

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Dr. Stephen A. Montzka; telefoon: (303)-497-6657