Czym są wodorochlorofluorowęglowodory (HCFC)?

HCFC to związki zawierające węgiel, wodór, chlor i fluor. Przemysł i społeczność naukowa uważają niektóre substancje chemiczne w tej klasie związków za dopuszczalne tymczasowe alternatywy dla chlorofluorowęglowodorów. HCFC mają krótszy czas życia w atmosferze niż CFC i dostarczają mniej reaktywnego chloru do stratosfery, gdzie znajduje się „warstwa ozonowa”. W związku z tym oczekuje się, że te substancje chemiczne będą w znacznie mniejszym stopniu przyczyniać się do niszczenia ozonu w stratosferze niż CFC. Ponieważ nadal zawierają one chlor i mają potencjał niszczenia ozonu stratosferycznego, są one postrzegane jedynie jako tymczasowe zamienniki CFC. Obecne prawodawstwo międzynarodowe narzuciło limity produkcyjne dla HCFC; produkcja jest zabroniona po 2020 r. w krajach rozwiniętych i 2030 r. w krajach rozwijających się.

Figura 1. Observed Atmospheric Changes for Substitute Halocarbons from the NOAA/GML Flask Sampling Network.

HCFC są mniej stabilne niż CFC, ponieważ cząsteczki HCFC zawierają wiązania węgiel-wodór. Wodór, po przyłączeniu do węgla w związkach organicznych, takich jak te, jest atakowany przez rodnik hydroksylowy w dolnej części atmosfery zwanej troposferą. (CFC, ponieważ nie zawierają wodoru, a zatem nie mają wiązań węgiel-wodór, nie są niszczone przez rodnik hydroksylowy). Kiedy HCFC są utleniane w troposferze, uwolniony chlor zazwyczaj łączy się z innymi substancjami chemicznymi tworząc związki, które rozpuszczają się w wodzie i lodzie i są usuwane z atmosfery przez opady atmosferyczne. Kiedy HCFC ulegają zniszczeniu w ten sposób, ich chlor nie dociera do stratosfery i nie przyczynia się do niszczenia ozonu.

Pewna część cząsteczek HCFC uwolnionych do atmosfery dotrze do stratosfery i zostanie tam zniszczona w wyniku fotolizy (rozkładu inicjowanego przez światło). Chlor uwolniony w stratosferze może następnie brać udział w reakcjach niszczenia ozonu, podobnie jak chlor uwolniony w wyniku fotolizy CFC. Ponieważ HCFC ulegają znacznemu rozkładowi w atmosferze w wyniku działania dwóch mechanizmów (w przeciwieństwie do CFC, które są niszczone w stratosferze prawie wyłącznie w wyniku fotolizy), a także ponieważ tempo fotolizy HCFC jest ogólnie wolniejsze niż CFC, w dolnej stratosferze uwalnia się proporcjonalnie mniej chloru z HCFC w porównaniu z CFC. Te właściwości wyjaśniają, dlaczego oczekuje się, że HCFC zubożają ozon stratosferyczny w znacznie mniejszym stopniu niż równoważne ilości CFC.

Jak zmieniały się stężenia atmosferyczne HCFC w czasie?

Regularne, staranne pomiary powietrza z odległych miejsc pokazują, że globalne stężenia HCFC szybko wzrosły w czasie. Wzrost ten można przypisać zwiększonemu stosowaniu HCFC jako substytutów CFC i innych chemikaliów jako rozpuszczalników/środków czyszczących, czynników chłodniczych, czynników nadmuchujących pianę, płynów klimatyzacyjnych itp. począwszy od późnych lat 80. i wczesnych lat 90. Pomiary powietrza przechowywanego w pojemnikach, które zostały pierwotnie napełnione już w 1977 roku oraz pomiary jeszcze starszego powietrza uwięzionego w śniegu nad Antarktydą lub Grenlandią pozwoliły naukowcom z NOAA, CSIRO (Australia) i Uniwersytetu Wschodniej Anglii (Wielka Brytania) zrekonstruować, jak zmieniały się stężenia tych gazów w atmosferze w ciągu ostatnich 100 lat. Obraz, który się wyłania to taki, w którym HCFC nie były obecne w atmosferze na początku XX wieku. Kiedy zaczęto zachęcać do ich stosowania, aby przyspieszyć wycofywanie CFC i innych gazów niszczących warstwę ozonową, stężenie HCFC gwałtownie wzrosło od zera do ilości obserwowanych obecnie.

W odniesieniu do zubożenia ozonu w stratosferze, czy wzrost stężenia HCFC zrównoważył spadek obserwowany w atmosferze w stężeniach CFC i innych substancji chemicznych zubożających warstwę ozonową?

Równowaga ozonu w stratosferze jest określana przez szereg ważnych czynników, w tym stężenie reaktywnych związków chemicznych chloru i bromu. Dramatyczny wzrost koncentracji chloru i bromu w stratosferze od lat 50-tych XX wieku spowodował zwiększoną destrukcję ozonu. Niszczenie to jest najbardziej widoczne wiosną (wrzesień-listopad) nad Antarktydą, ale jest również obserwowane w mniejszym stopniu nad Arktyką w okresie marzec-maj i na średnich szerokościach geograficznych przez cały rok. Jednakże, pomiary NOAA dotyczące CFC, HCFC i innych substancji niszczących ozon pokazują, że całkowita ilość chloru i bromu w atmosferze zaczęła się zmniejszać w latach 90-tych! Spadek ten jest bezpośrednim rezultatem przestrzegania przez wiele narodów regulacji zawartych w Protokole Montrealskim, mających na celu ograniczenie produkcji substancji zubożających warstwę ozonową. Tak więc, podczas gdy stężenie HCFC w atmosferze nadal wzrastało, zaobserwowany do tej pory spadek stężenia silniejszych substancji zubożających warstwę ozonową (takich jak CFC i chloroform metylowy) z nawiązką zrównoważył zwiększony wpływ HCFC. Przepisy protokołu montrealskiego, które ograniczają i ostatecznie eliminują produkcję HCFC, zostały opracowane z zamiarem, aby HCFC nie stały się większym problemem niż CFC, które zastąpiły.

Co pomiary NOAA/GML dają decydentom publicznym, społeczeństwu i społeczności naukowej?

Pomiary NOAA/GML pozwalają na najbardziej wszechstronny i spójny obraz globalnych stężeń gazów śladowych i zmian tych stężeń w czasie. Mierzone przez nas gazy śladowe odgrywają ważną rolę w określaniu ilości ozonu w stratosferze. Mają one również duży wpływ na bilans ciepła w atmosferze, ponieważ pochłaniają światło i wpływają na inne gazy, które pochłaniają światło (ozon w stratosferze). Tylko dzięki ciągłemu monitorowaniu Cl, Br, aerozoli i temperatury będziemy w stanie odpowiedzieć na pytania:

• Czy Protokół Montrealski działa?
• Czy odbudowa warstwy ozonowej przebiega zgodnie z oczekiwaniami?
• Czy istnieją jakieś poważne luki w naszym rozumieniu zjawisk niszczenia warstwy ozonowej?
• Czy wzrost ilości gazów cieplarnianych opóźnia odbudowę warstwy ozonowej?

więcej informacji można uzyskać kontaktując się z:
Dr Stephen A. Montzka; telefon: (303)-497-6657