Хлорфторуглероды (ХФУ) и другие галокарбоны давно известны тем, что вызывают появление озоновой дыры над Антарктикой, но многие из них также являются мощными парниковыми газами.

Спустя почти 100 лет после того, как ХФУ-12 (CF₂Cl₂, дихлордифторметан) был впервые коммерциализирован для использования в холодильных установках и установках для кондиционирования воздуха, и через несколько десятилетий после того, как его мировое производство было по существу прекращено, этот ХФУ по-прежнему вносит значительный вклад в потепление климата. Но насколько вредны для климата галокарбоны и их многочисленные газы-заменители? В недавней статье в Reviews of Geophysics сравнивается и количественно оценивается вклад сотен галокарбонов и родственных соединений этих газов в радиационный форсинг. Здесь предоставлена обновлённая информация об истории и важности галокарбонов для климата и окружающей среды.

Что такое галокарбоны и откуда они берутся?

Галокарбоны включают широкий спектр газов. Это соединения, содержащие только углерод и один или несколько галогенов, таких как фтор, хлор и бром. Галокарбоны - это в основном химические вещества, созданные руками человека, и за последнее столетие они использовались для многих целей, включая растворители, средства пожаротушения и хладагенты.

До 1930-х годов холодильники и системы кондиционирования воздуха использовались в основном в промышленности и использовали в качестве хладагентов ядовитые и токсичные газы, такие как NH₃, CH₃Cl и SO₂. Однако было признано, что для широкого использования в домашних условиях необходимы более безопасные хладагенты.

Томас Мидгли (Thomas Midgley), работавший в Frigidaire Corporation, дочерней компании General Motors, разработал ХФУ-12 в качестве хладагента, который был не только нетоксичным и негорючим, но также не имел запаха, вкуса, цвета, был химически инертен и недорогим!
ХФУ-12 быстро стал использоваться в холодильной промышленности и в сфере кондиционирования воздуха и нашёл много других применений, в частности, в качестве аэрозольного пропеллента и пенообразователя.

К началу 1970-х годов мировое производство ХФУ-12 экспоненциально выросло до более 400 тыс. т / год.

К сожалению, тогда, до середины 1970-х, ничего не было известно об экологических проблемах, связанных с выбросами ХФУ-12 и других ХФУ.
Воздействие на окружающую среду было признано в Монреальском протоколе по веществам, разрушающим озоновый слой (1987 г.), и в результате к 1990-м годам глобальное производство было практически прекращено. Однако ХФУ-12 по-прежнему остается самым распространённым галокарбоном в атмосфере.

Какое влияние на климат оказывают галоларбоны?

Наиболее широко известная проблема, связанная с выбросами галокарбонов, - это их способность разрушать стратосферный озон.

Озоновый слой защищает нас от опасного ультрафиолетового излучения Солнца, а истощение озонового слоя может привести к вредным последствиям, повышенному риску рака кожи, а также изменению климата.

Открытие, сделанное в 1970-х годах, что хлор- и бромсодержащие галокарбоны вызывают истощение озонового слоя, привело к присуждению Нобелевской премии по химии 1995 года Полу Крутцену, Марио Молине и Шервуду Роуленду (Paul Crutzen, Mario Molina, and Sherwood Rowland).

Однако еще одна серьёзная проблема, связанная с выбросами галокарбонов, заключается в том, что многие из них являются мощными парниковыми газами. Некоторые из них остаются в атмосфере в течение десятилетий и в тысячи раз более эффективны (на один килограмм выбросов) для нагрева Земли, чем CO2, хотя выбросы CO2 в результате деятельности человека намного больше, чем выбросы галокарбонов.

Хотя ХФУ в основном были заменены газами с низким или нулевым озоноразрушающим потенциалом, такими как гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) или гидрофторуглероды (ГФУ), многие из замещающих газов также являются сильными парниковыми газами.

Можно ли количественно оценить вклад галокарбонов в глобальное потепление?

Воздействие парникового газа на климатическую систему Земли обычно количественно определяется с точки зрения его радиационного воздействия (форсинга), представляющего собой суммарное изменение энергетического баланса Земли, вызванное изменением концентрации газа в атмосфере.

Принимая во внимание исторические изменения в содержании различных газов в атмосфере, обнаруживается, что современный радиационный форсинг галокарбонов и родственных соединений составляет около 18% от текущего форсинга CO2.

 

Однако, чтобы иметь возможность сравнивать эффективность парниковых газов, радиационный форсинг необходимо рассчитывать при небольшом увеличении его концентрации в атмосфере. В вышеупомянутой статье расчёт этой так называемой радиационной эффективности был расширен примерно до 600 различных газов, включая многие галокарбоны.

Были разработаны различные метрики, также учитывающие время жизни газа в атмосфере и сравнивающие влияние выбросов различных газов на климат.

Наиболее часто используемый показатель в политических нормах, хотя и является предметом дискуссий, - это потенциал глобального потепления (ПГП) на 100-летний период времени. Значения ПГП приводятся и регулярно обновляются во всех оценочных отчётах МГЭИК с момента их первого отчёта в 1990 году, а также в научных оценках разрушения озонового слоя ВМО.

 

Например, 100-летнее значение ПГП (GWP) для ХФУ-12 составляет почти 12000, из чего следует, что в рамках этой метрики ХФУ-12 оказывает влияние на климат почти в 12000 раз большее, чем CO2 на килограмм выбрасываемого газа.

Какие изменения могли бы внести политики, чтобы уменьшить воздействие галокарбонов на климат?

Во-первых, надо сказать, что многое уже сделано. Монреальский протокол имел большой успех, поскольку он привел к поэтапному отказу от ХФУ и других озоноразрушающих газов. Как следствие, озоновый слой начал медленно восстанавливаться. Интересно, что Монреальский протокол принес больше пользы для климата, чем Киотский протокол, который был разработан для ослабления глобального потепления.

Одной из основных проблем в настоящее время является рост концентраций некоторых замещающих соединений с высокими значениями ПГП, таких как некоторые ГФУ. Кигалийская поправка 2016 г. к Монреальскому протоколу включает меры контроля за выбросами ГФУ, но, учитывая большое число газов и постоянную разработку новых соединений, директивные органы должны обеспечить тщательный мониторинг атмосферных концентраций важных газов и принятие эффективных мер, чтобы ограничить выбросы сильных парниковых газов. Хорошая сеть наблюдений важна для обнаружения и понимания любого неожиданного увеличения выбросов запрещенных соединений, такого как недавние выбросы ХФУ-11 из Китая, способные привести к дополнительному потеплению и задержке восстановления озонового слоя.

Также важно подчеркнуть, что эти газы влияют на климат только в том случае, если они утекают из системы, в которой они используются (например, из холодильных установок и установок кондиционирования воздуха в автомобилях и зданиях), либо во время их использования, либо после вывода из эксплуатации. Таким образом, лица, определяющие политику, и производители могут работать вместе, чтобы минимизировать утечку и улавливать газы в конце срока службы продукта.

Какие из нерешенных вопросов требуют дополнительных исследований, данных или моделирования?

Одна из потребностей в дополнительных исследованиях - это достижение лучшего понимания, как галокарбоны влияют на различные части климатической системы. Новое определение радиационного форсинга, называемое «эффективный радиационный форсинг» (ERF), включает так называемые быстрые корректировки - быстрые изменения, например, в температуре атмосферы, водяном паре и облачности.

Количественная оценка этих процессов и, следовательно, ERF, позволяет лучше понять, как газ влияет на температуру поверхности. Проблема заключается в том, что ERF требует дорогостоящих вычислений для каждого газа с использованием глобальных климатических моделей, но аналогичные количественные оценки недавно были сделаны для других основных факторов климата, таких как CO2 и метан.

Другая проблема заключается в том, что для многих газов отсутствуют лабораторные измерения характеристик поглощения газа, являющиеся ключевыми данными для расчётов радиационного форсинга. Хотя вычислительные методы определения характеристик поглощения существуют и иногда предоставляются для сотен газов, они имеют гораздо большую неопределённость, чем традиционные лабораторные измерения. Необходимы исследования для повышения точности вычислительных методов и расширения и уточнения базы данных лабораторных измерений.

Ссылка: https://eos.org/editors-vox/halocarbons-what-are-they-and-why-are-they-important