Wskaźniki ekologicznej oceny czynników chłodniczych

Wpływ czynników chłodniczych na środowisko naturalne jest wieloraki. Jednym z najistotniejszych zjawisk wywołanych obecnością czynników chłodniczych w atmosferze jest destrukcja warstwy ozonowej. Warstwa ozonowa jest warstwą stratosfery, w której stężenie ozonu jest największe. Ozon stanowi swoistą ochronę wszystkich żyjących organizmów przed szkodliwym nadmiernym oddziaływaniem promieniowania UV-B pochodzącego z kosmosu. Lokalne znaczne zmniejszenie stężenia ozonu w stratosferze określa się mianem dziury ozonowej. Popularność tego zjawiska notuje się od końca lat siedemdziesiątych, kiedy to zaobserwowano ogromne ubytki ozonu w stratosferze nad Antarktydą, przekraczające 50 - 60% i trwające na rozległym obszarze nawet przez ok. dwa miesiące. W niektórych obszarach atmosfery nad tym kontynentem uszczuplenie ilości ozonu sięgnęło nawet 95%! Dowiedziono, że powstaniu dziury ozonowej sprzyja wysokie stężenie chloru oraz bardzo niskie temperatury, bliskie -80ºC.

W naturalnych warunkach jest zachowana równowaga między procesami powstawania i destrukcji ozonu. Z wieloletnich badań naukowych wynika, że pierwszoplanową przyczyną destrukcji warstwy ozonowej są emitowane do atmosfery syntetyczne czynniki chłodnicze należące do grupy CFC oraz HCFC. Czynniki te są wielokrotnie cięższe niż powietrze, lecz mimo to w dość długim czasie jest możliwy ich naturalny ruch do stratosfery. Dzieje się tak przede wszystkim z powodu ich nikłej aktywności chemicznej w troposferze, gdzie bardzo łatwo mieszają się one z powietrzem. Czynniki te po dotarciu do stratosfery ulegają rozpadowi pod wpływem promieniowania ultrafioletowego UV-B. Wówczas zostaje zapoczątkowany proces destrukcji ozonu. Charakterystyczną cechą tego procesu jest to, że działanie chloru lub bromu przyczynia się do rozpadu cząsteczek ozonu. Ponadto związki tworzone w stratosferze przez chlor są na tyle aktywne chemicznie, że pojedynczy atom tego pierwiastka jest w stanie zniszczyć nawet 10 000-100 000 cząsteczek ozonu! Mechanizm ten jest następujący. Dla przykładu, cząsteczka jednego z najpowszechniej stosowanych dotąd czynników CFC-12 (o wzorze chemicznym CC12F2) w wyniku działania wysokoenergetycznego promieniowania słonecznego UV-B rozpada się i powstaje wolny atom chloru CC12F2 -> CC1F2 + Cl. Atom ten bardzo szybko reaguje z ozonem, tworząc w ten sposób tlenek chloru i tlen cząsteczkowy według reakcji Cl + 03 -> CIO + 02. Ze względu na dużą aktywność tych związków tlenek chloru wchodzi w reakcję z tlenem atomowym, powstałym wcześniej z rozpadu cząsteczki tlenu na pojedyncze atomy, generując w ten sposób powstanie nowej cząsteczki tlenu oraz uwalniając aktywny atom chloru według reakcji CIO + O -> 02+ Cl. Opisany proces ma więc charakter cykliczny dopóty, dopóki wolny atom chloru nie wejdzie w inną reakcję, tworząc trwały związek chemiczny.

W celu oceny wpływu czynnika chłodniczego na warstwę ozonową wprowadzono tzw. wskaźnik ODP, czyli potencjał niszczenia ozonu (ang. Ozone De.pletion Potential). Wskaźnik ten opisuje, ile razy większe uszczuplenie warstwy ozonowej spowoduje w warunkach ustalonych jednostka masy danej substancji, emitowana ze stałą szybkością w ciągu roku, w odniesieniu do substancji bazowej, za którą przyjęto czynnik CFC-11. Wskaźnik ODP dla Rl 1 przyjęto równy 1,0.

Okazuje się, że obecność czynników chłodniczych w atmosferze jest przyczyną jeszcze innych niekorzystnych zjawisk, a mianowicie tzw. efektu cieplarnianego. Naturalny efekt cieplarniany polega na zatrzymywaniu znacznej części promieniowania podczerwonego, emitowanego z powierzchni Ziemi, przez niektóre gazy atmosferyczne już w troposferze i na ponownym zawracaniu ich w stronę Ziemi. Należy podkreślić, że choć zjawisko to jest niezwykle potrzebne dla życia, to jednak jego nasilenie może być przyczyną znacznego podwyższenia średniej temperatury Ziemi. Według pesymistycznych scenariuszy do 2030 r. średnia temperatura może podnieść się aż o 5 K, co z kolei może nieść ze sobą trudne do przewidzenia konsekwencje.

Do gazów odpowiedzialnych za zatrzymywanie promieniowania podczerwonego zalicza się przede wszystkim: dwutlenek węgla, metan, ozon stratosferyczny oraz większość syntetycznych czynników chłodniczych. Okazuje się przy tym, że znakomitą większość czynników chłodniczych cechują znacznie większe zdolności absorbowania promieniowania cieplnego, a przy tym ich trwałość w atmosferze szacuje się nawet na kilkaset lat od chwili emisji. Dla przykładu, jedna tona czynnika HCFC-22 jest w stanie zaabsorbować i ponownie wyemitować na Ziemię taką samą ilość promieniowania cieplnego jak 1500 ton czystego węgla zawartego w atmosferycznym dwutlenku węgla!

W celu ujęcia wpływu czynników chłodniczych na tworzenie efektu cieplarnianego wprowadzono wskaźnik GWP (ang. Global Warming Potential). Poziomem odniesienia są odpowiednie skutki powodowane przez dwutlenek węgla, któremu przypisano wartość GWP równą 1,0. Należy zauważyć, że pomimo iż wartość wskaźnika GWP dla dwutlenku węgla jest bardzo mała, to jednak ze względu na bardzo dużą emisję tego gazu do atmosfery ocenia się, że jest on odpowiedzialny za powstawanie efektu cieplarnianego aż w 50%. Choć czynniki chłodnicze należące do grup CFC, CHFC i HFC w porównaniu do całkowitej masy atmosfery występują w ilościach śladowych, to mając o kilka tysięcy razy większy wskaźnik GWP, przyczyniają się aż w ok. 20% do powstawania zjawiska efektu cieplarnianego.

Wprowadzono również wskaźnik tworzenia efektu cieplarnianego HGWP, który ma taki sam sens fizyczny jak wskaźnik GWP, lecz jest odniesiony nie do dwutlenku węgla, lecz — podobnie jak ODP — do czynnika CFC-11. Aby uzyskać jednoznaczną ocenę współtworzenia efektu cieplarnianego przez analizowany czynnik, konieczne jest podanie horyzontu czasowego oddziaływania, oznaczanego ITH (ang. Integral Time Horizont). Zwykle przyjmuje się ITH równy 100 lub 500 lat.

Należy jednak zauważyć, że przy ocenie wpływu danego czynnika chłodniczego na tworzenie efektu cieplarnianego, trzeba uwzględnić nie tylko wpływ bezpośredni, jak to ujmuje wskaźnik GWP, lecz także wpływ pośredni, wynikający ze zużycia energii elektrycznej niezbędnej do napędu urządzenia chłodniczego, bowiem wytwarzanie tejże energii wywołuje również emisję gazów cieplarnianych. Ponadto należy uwzględnić emisję czynnika w trakcie eksploatacji instalacji napełnionej danym czynnikiem chłodniczym. Efekty te ujmuje wskaźnik TEWI (ang. Total Equivalent Warming Impact). Wymiarem tego wskaźnika jest masa emitowanego dwutlenku węgla. Na wartość tego wskaźnika mają wpływ: parametry pracy urządzenia, napełnienie instalacji czynnikiem, stopień jego wycieku z instalacji, wydajność chłodnicza urządzenia, roczne zużycie energii elektrycznej, stopień odzysku czynnika, okres eksploatacji urządzenia oraz sposób pozyskiwania energii elektrycznej i sprawność jej wytwarzania [3]. Jak widać, ten wskaźnik, pomimo że ujmuje wpływ czynnika chłodniczego na tworzenie efektu cieplarnianego w sposób najbardziej racjonalny, to cechuje go jednak wysoki stopień niejednoznaczności, a ponadto efekty pośrednie emisji dwutlenku węgla muszą być z konieczności ujęte w sposób szacunkowy.

Bardzo duże zużycie czynników syntetycznych typu CFC oraz HCFC, w stosunku do których wykazano negatywne skutki ich obecności w atmosferze ziemskiej. zmusiły społeczność światową do podjęcia kroków, które w radykalny sposób zmieniłyby tę alarmującą sytuację. Protokół Montrealski jest pierwszą umową międzynarodową dotyczącą polityki w dziedzinie ochrony środowiska, której zasadniczym celem jest zapobieganie zagrożeniom związanym z emisją tych czynników do atmosfery. Dokument ten został podpisany 16 września 1987 r. jako następstwo uchwalonej 22 marca 1985 r. Konwencji Wiedeńskiej, będącej dobrowolną umową, w której sygnatariusze zobowiązali się do podjęcia działań zmierzających do ochrony warstwy ozonowej.

źródło: went.net.pl