PFC с низким потенциалом глобального потепления

Альтернативы HFC и PFC с низким потенциалом глобального потепления
Джон Г. Оуэнс
Специализированные материалы 3M (3M Specialty Materials)
St. Paul, MN США
Аннотация
Определение подходящих долговременных альтернатив веществам, разрушающих
озоновый слой, до сих пор является сложной задачей благодаря сочетанию всех
необходимых свойств в части эксплуатации, безопасности и охраны окружающей среды.
Исследование альтернативных вариантов в значительной степени улучшило понимание
соотношения между структурой и свойствами некоторых классов веществ. Добавление
водорода в полностью галоидзамещенное соединение, такое, как PFC, является
общепризнанным средством уменьшения времени жизни вещества в атмосфере за счет
реакции с гидроксильными радикалами. Скорость реакции с гидроксильными радикалами,
как правило, возрастает при увеличении количества атомов водорода в молекуле, хотя не
всегда в линейном соотношении. Количество атомов водорода, необходимо для
уменьшения времени жизни в атмосфере до 5 лет или менее, нередко приводит к
образованию горючих соединений.
В недавнее время отдельные исследователи рассматривали новый класс гидрофторэфиров
(HFE). Добавление атома кислород эфира в молекулу нередко выполнялось для изменения
термических и физических свойств вещества для конкретных вариантов конечного
использования. Тем не менее, одним из принципиальных преимуществ структуры HFE
является значительно более короткое время жизни в атмосфере по сравнению с HFC и PFC.
Согласно расчетам срок жизни HFE в атмосфере уменьшается по мере увеличения
количества атомов водорода в молекуле. Более того, на срок жизни в атмосфере в
значительной степени влияет расположение атомов водорода относительно кислород
эфира.
К сегрегированным HFE относятся те из них, в которых атомы водорода находятся на
атомах углерода без замещения фтора, и отделены от фторированного углерода кислород
эфиром, т. е. RfORh. Подобная сегрегированная структура максимально увеличивает
эффективность кислород эфира по уменьшению времени жизни в атмосфере. Меньшее
время жизни в атмосфере указанных HFE снижает потенциал глобального потепления для
данных веществ. У двух имеющихся на рынке сегрегированных HFE время жизни в
атмосфере короче, чем у любых негорючих, доступных для приобретения HFC.
Измеренные константы скорости для некоторых других сегрегированных HFE указывают,
что данный класс материалов относится к быстрораспадающимся несмотря на то, что они
являются высокофторированными. Данные материалы негорючи, малотоксичны и
обладают физическими и химическими свойствами, позволяющими заменить PFC и HFC в
отдельных вариантах применения. Широкий диапазон структур и температур кипения,
характерных для данного класса веществ, обеспечивает возможности замены HFC и PFC
при растворении, очистке, передаче тепла и других вариантах применения.
Введение
Приемлемые альтернативы веществам, разрушающим озоновый слой (ODS), должны
обладать комплексом свойств в части эксплуатации, безопасности и охраны окружающей
среды. ODS обладают настолько полезными физическими свойствами, что многие
промышленные процессы были разработаны специально с расчетом на использование
данных веществ. Для того, чтобы стать эффективным заменителем, альтернативные
вещества должны обладать максимально сходными физическими свойствами. При
применении ODS и их заменителей персонал нередко подвергается неблагоприятному
воздействию данных материалов. Следовательно, необходимы обширные
токсикологические исследования для определения безопасных альтернатив. Многие из
указанных вариантов применения ODS также основаны на негорючести веществ для
безопасной эксплуатации. Негорючие альтернативы необходимы для указанных вариантов
применения, они позволют избежать повышенного риска для конечных потребителей.
Признание неблагоприятного экологического воздействия ODS привело к более
тщательному изучению экологических свойств потенциальных альтернатив.
Долговременные альтернативы не должны разрушать стратосферный озон. Время их жизни
в атмосфере должно быть достаточно длительным, чтобы предотвратить образование
фотохимического смога, но достаточно коротким, чтобы избежать проблем, связанных с
накоплением в атмосфере. Более короткое время жизни в атмосфере также необходимо для
сведения к минимуму потенциала глобального потепления (GWP) вещества [2].
Подобное сочетание свойств в части эксплуатации, безопасности и охраны окружающей
среды не часто обнаруживается во многих органических соединениях. Как известно,
многие хлор- и бромсодержащие вещества улетучиваются в атмосферу, где указанные
галогены участвуют в общем каталитическом цикле разрушения озона [3]. Следовательно,
большинство усилий по разработке альтернативных вариантов сконцентрировано на
фторированных соединениях: гидрофторуглеродах (HFC) и, в меньшей степени,
перфторуглеродах (PFC). Поскольку указанные материалы отвечают большинству
требований к долговременным альтернативам, появляются опасения, что расширенное
использование данных материалов может способствовать изменению климата [4]. HFC и
PFC поглощают инфракрасную энергию в «окне» от 8 до 12 мкм, которое в значительной
мере прозрачно в чистой атмосфере, как показано на Рис. 1. Именно благодаря этому
факту, а также относительно длительному времени жизни в атмосфере, указанные
материалы причисляют к парниковым газам с высоким потенциалом глобального
потепления. Поскольку все галоидзамещенные соединения поглощают инфракрасное
излучение в атмосферном окне, наиболее эффективным подходом к получению
альтернатив с низким потенциалом глобального потепления является разработка
соединений с более коротким временем жизни в атмосфере.
Рисунок 1
Поглощение инфракрасного излучения в зависимости от "Атмосферного окна"
Длина волны (мкм)
Интенсивность потока
(Вт м2)
- - - Излучение черного тела
—- Ослабленное земное
излучение
Волновое число (см–1)
2
В течение долгого времени общепризнанным фактом являлось то, что введение атомов
водорода в полностью галогензированную молекулу уменьшает время жизни в атмосфере
благодаря реакции с тропосферными радикалами OH [5]. Указанная характеристика
успешно использовалась при разработке заменителей первого поколения, например,
гидрохлорфторуглеродов (HCFC). Тем не менее, существуют практические ограничения по
использованию данного подхода для дальнейшего сокращения времени жизни в атмосфере
галоидированных алканов. Добавление атомов водорода в молекулу уменьшит время
жизни в атмосфере, но, в конечном итоге, приведет к образованию горючего соединения.
Вещества, в которых количество связей углерод-фтор меньше, чем сумма связей углеродуглерод и углерод-водород, как правило, являются горючими.
Типовые альтернативы: Гидрофторуглероды (HFC)
Некоторые HFC доказали свою эффективность при использовании в качестве альтернатив
ODS. Тем не менее, у находящихся на данный момент в серийном производстве веществ
срок жизни в атмосфере превышает 10 лет. Благодаря относительно сильному поглощению
инфракрасного излучения, обеспечиваемому соединением C-F, потенциал глобального
потепления для данных веществ составляет примерно 1000 или более. К редким
исключениям относятся HFC, которые, как известно, горючи, например, HFC-41, HFC-161
и HFC-152a. Некоторые из горючих HFC эффективно используются в качестве
компонентов азеотропных смесей хладагентов. Тем не менее, в большинстве случаев,
именно негорючесть HFC является наиболее ценным фактором при промышленном
применении. В таблице 1 содержится сравнение времени жизни в атмосфере и потенциала
глобального потепления для отдельных HFC с C1 по C5 включительно, с различной
степенью фторирования.
Как в метановых, так и в этановых рядах, вещество становится горючим до того, как оно
приобретает свойство быстрого распада. И наоборот, некоторое количество атомов фтора,
необходимое для получения негорючего соединения, обеспечивает получение материала с
временем жизни в атмосфере порядка десяти лет или дольше и более высоким
потенциалом глобального потепления. Имеются менее надежные данные для пропановопентанового ряда. Тем не менее, прошедшие испытания вещества продемонстрировали, что
для данных рядов характерны сходные тенденции.
Таблица 1
Время жизни в атмосфере и потенциал глобального потепления гидрофторуглеродов
Вещество
Номер
галогенуглерода
Горючесть
Время жизни в
атмосфере (лет) [3]
Потенциал глобального потепления
(GWP) [3]
( 100-летний период ITH)
140
CH3F
HFC-41
Да
3,7
CH2F2
HFC-32
Да
5,6
880
CHF3
HFC-23
Нет
243
14 800
CH3CH2 F
HFC-161
Да
0,25
10
CH3CHF2
HFC-152a
Да
1,5
190
CH3CF3
HFC-143a
Да
53,5
5 400
CH2FCF3
HFC-134a
Нет
13,6
1 600
CHF2CF3
HFC-125
Нет
32,6
3 800
6,6
720
CH2FCF2CHF 2
HFC-245ca
Да [6]
CF3CH 2CF3
HFC-236fa
Нет
226
9 400
CF3CFHCF3
HFC-227ea
Нет
36,5
3 800
HFC-365mfc
Да
10,2
910
HFC-43-10mee
Нет
17,1
1 700
CF3CH2CF2CH3
CF3CFHCFHCF2CF3
3
Вещества с малым временем жизни в атмосфере: Гидрофторэфиры
В недавнее время, исследователи использовали различные подходы к получению
альтернативных веществ с уменьшенным временем жизни в атмосфере. Отдельные
исследователи рассматривали новый класс гидрофторэфиров (HFE). Добавление атома
кислород эфира в молекулу нередко выполнялось для изменения термических и
физических свойств вещества для конкретных вариантов конечного использования.
Тем не менее, одним из принципиальных преимуществ структуры HFE является
значительно более короткое время жизни в атмосфере по сравнению с HFC и PFC.
Согласно расчетам срок жизни HFE в атмосфере уменьшается по мере увеличения
количества атомов водорода в молекуле. Более того, на срок жизни в атмосфере в
значительной степени влияет расположение атомов водорода относительно кислород
эфира.
В случае многих углеводородных алканов и эфиров добавление кислород эфира делает
атомы водорода более подвижными и повышает скорость реакции по отрыву H
радикалами OH. Например, доказано, что диметиловый эфир примерно в 9 раз более
активно вступает в реакцию с OH, чем этан [7]. Повышенная скорость реакции также
наблюдалась при сравнении высших гомологов, таких, как бутан (kOH = 2,4 x 10–12
см3молекула–1с–1) и диэтилэфир(kOH = 13,4 x 10–12) [7], а также гексан (kOH = 5,5 x 10–12)
и дипропиловый эфир (kOH = 16,8 x 10–12) [7].
Купер и др. [8] рассчитали время жизни в атмосфере некоторых частично
фторированных эфиров, используя соотношение между константой скорости реакции
OH и энергией наиболее высоких занятых молекулярных орбиталей. Их результаты
продемонстрировали очень четкие тенденции. Для большинства веществ добавление
кислород эфира обеспечивало заметное увеличение скорости реакции с OH. Как
установлено для HFC, константа скорости увеличивается в зависимости от числа
атомов водорода в молекуле. Более того, на срок жизни в атмосфере в значительной
степени влияет расположение атомов водорода относительно кислород эфира. Из
фторированных эфиров, охваченных исследованиями Купера, для веществ с
количеством не более одного H на атом углерода прогнозировалось большее время
жизни в атмосфере, чем для соответствующих фторированных алканов. У
фторированных эфиров с углеродом, у которых имеется два или более атома водорода,
время жизни в атмосфере должно быть значительно меньше, чем у сходных HFC.
Бартолотти и Эдни (Bartolotti and Edney) [9] получили сходные результаты для более
широкого диапазона эфиров C2 и C3.
Жанг и др. (Zhang et al.) [10] экспериментально определили константы скорости для
реакций OH с некоторыми частично фторированными эфирами. Их результаты
подтвердили эффект активации кислород эфира на связь C-H фторированных эфиров.
Тем не менее, они также предположили, что эффект активации эфира уменьшается в
зависимости от степени фторирования молекулы. Наблюдаемое снижение степени
активации, в частности, было наиболее заметно в случае с замещением фтора α в связи
C-H.
Время жизни в атмосфере, опубликованное в отчете WMO (Всемирная
метеорологическая организация) по глобальному исследованию и мониторингу
состояния озонового слоя № 44 [3] предоставляет возможности для сравнения HFE с
аналогичными HFC. Время жизни в атмосфере и потенциал глобального потепления
для некоторых изометрически сходных HFE и HFC указаны в таблице 2. Сравнение
веществ со сходными структурами подтверждает многие тенденции,
спрогнозированные в предыдущих исследованиях.
4
Таблица 2
Время жизни в атмосфере и потенциал глобального потепления
изометрически сходных HFE и HFC
Вещество
Номер
галогенуглерода
Время жизни в атмосфере
(лет) [3]
Потенциал глобального
потепления (GWP) [3] (100летний период ITH)
5400
CH3CF3
HFC-143a
53,5
CH3OCF3
HFE-143a
5,7
970
CF2HCF3
HFC-125
32,6
3800
CF2HOCF3
HFE-125
165
15300
CF3CFHCF3
HFC-227ea
36,5
3800
CF3CFHOCF3
HFC-227ea
11
1500
CF3CH 2CF3
HFC-236fa
226
9400
CF3CH 2OCF3
HFC-236fa
3,7
470
CF3CH 2CHF2
HFC-245fa
7,4
820
CF3CH 2OCHF2
HFC-245fa
4,4
570
CF3CF2OCH3
HFE-245cb2
1,2
160
C4F 9OCH3
HFE-449sl (HFE-7100)
4,1
320
C4F90C2H5
HFE-569sf2 (HFE-7200)
0,8
55
Соединения HFE с количеством H на атом углерода не более одного выказали
среднюю степень активации в присутствии кислорода эфира, например, в случае с
HFE-227ea и HFE-245fa. Деактивирующее воздействие F на один и тот же атом
углерода, а также соседние атомы углерода, по-видимому, уменьшает воздействие
кислород эфира. В некоторых случаях при этом может произойти окончательная
деактивация одиночной связи C-H, благодаря чему время жизни в атмосфере превысит
величину для соответствующих HFC, что показано на примере HFE-125.
Сегрегированные гидрофторэфиры
Сравнение в таблице 2 продемонстрировало, что у HFE с двумя или более H на атом
углерода время жизни в атмосфере значительно ниже по сравнению с аналогичными
алканами. Одной из стратегий, позволяющих максимально повысить эффект кислород
эфира по уменьшению времени жизни в атмосфере, является сегрегация атомов
водорода от атомов фтора. К сегрегированным HFE относятся те из них, в которых
атомы водорода находятся на атомах углерода без замещения фтора, и отделены от
фторированного углерода кислород эфиром, т. е. RfORh. Примерами сегрегированных
HFE являются HFE-143a и HFE-245cb2. Хотя возможен эффект деактивации от атомов
фтора в связи с эфиром, он выражен меньше, чем от атомов фтора той же группы
алкилов. По-видимому, данная сегрегированная структура придает буферные свойства
атомам водорода относительно электроотрицательных атомов фтора, что позволяет в
большей степени использовать эффект активации кислород эфира.
В продаже имеются два сегрегированных HFE: метил-перфторбутил-эфир и этилперфторбутил-эфир. Данные вещества указаны в таблице 2, а также отчете WMO № 44
под своими торговыми названиями, HFE-7100 и HFE-7200, соответственно. У данных
материалов короткое время жизни в атмосфере и, следовательно, низкий потенциал
глобального потепления, несмотря на то, что они относятся к высокофторированным
веществам. Указанное время жизни в атмосфере и потенциал глобального потепления
значительно короче, чем для негорючих, доступных для приобретения HFC.
Константы скорости для реакции некоторых других сегрегированных HFE с
радикалом OH определены, но до сих пор не отмечены в литературе [11].
5
Время жизни в атмосфере для указанных компонентов представлено в таблице 3.
Время жизни рассчитано относительно метана, с применением времени жизни метана в
9 лет [12] и kOH 6,3 x l0–15 см 3 молекулы–1с–1 [13]. Полученные данные указывают, что
данный класс материалов относится к быстрораспадающимся, несмотря на то, что они
являются высокофторированными. Вещества, относящиеся к группам Rf, представляют
собой патентованные материалы, информация о которых не разглашается. К группам
Rf относятся перфторированные сегменты, содержащие более 4 атомов углерода.
Указана приблизительная температура кипения для определения относительной
величины каждого из соединений. Даже вещества с подобными относительно
крупными перфторированными молекулами достаточно быстро реагируют с OH для
ограничения времени жизни в атмосфере до пяти лет или менее.
Как установлено, скорость реакции с OH увеличивается в зависимости от числа атомов
водорода сегрегированного HFE. Этил-перфторалкил-эфиры быстрее распадаются, чем
соответствующие метилэфиры, даже если большинство реакций, вероятнее всего,
происходит с задействованием альфа-водорода и кислорода (14). Время жизни этилсегрегированных HFE составляет примерно от l/5 до 1/2 времени жизни метилэфиров с
одинаковым перфторированным сегментом.
Таблица 3
Время жизни в атмосфере сегрегированных HFE
Вещество
Время жизни в атмосфере
(лет)
n-C4F9OCH3 (тк = 60 °C)
4,7 [15]
i-C4 F9OCH3 (тк = 60 °C)
3,7 [11]
n-C4 F9OC2H 5 (тк = 76 °C)
0,9 [14]
i-C4 F9OC 2H5 (тк = 76 °C)
0,7 [14]
n-C3F7OCH3 (тк = 34 °C)
4,7 [11]
R/OCHs (тк ≈ 100 °C)
2,7 [11]
Rf2OCH3 (тк ≈ 100 °C)
3,8 [11]
Rf3OC2H5(тк ≈ 110oC)
1,0 [11]
Rf4OCH3 (тк ≈ 120 °C)
5,0 [11]
Rf5OC2H5(тк ≈ 130oC)
2,5 [11]
Rf6OCH3 (тк ≈ 150 °C)
4,2 [11]
Сегрегированные HFE представляют собой класс соединений, которые сочетают
короткое время жизни в атмосфере и негорючесть при одной и той же структуре. Хотя
два газообразных сегрегированных HFE (HFE-143a и HFE-245ca2) являются горючими,
многие из жидких сегрегированных HFE невоспламеняемы. Все соединения,
представленные в таблице 3, прошли испытания, в ходе которых доказана их
негорючесть. У сегрегированных HFE время жизни в атмосфере находится в диапазоне
от 1 до 5 лет, а потенциал глобального потепления – от 50 до 500. Согласно Рис. 2 и 3,
данные характеристики воздействия на окружающую среду кардинально отличаются
от свойств негорючих HFC, имеющихся в продаже на данный момент. Время жизни в
атмосфере и потенциал глобального потепления HFC находятся в диапазоне от 14 до
248 лет и от 1600 до 14 800, соответственно.
6
Рисунок 2
Сравнение времени жизни в атмосфере HFE и HFC
Все HFC
Негорючие HFC
Все HFC
Негорючие,
сегрегированные
HFE
Время жизни в атмосфере (лет)
Рисунок 3
Сравнение потенциала глобального потепления HFE и HFC
Все PFC
Все HFC
Негорючие HFC
Все HFC
Негорючие,
сегрегированные
HFE
Потенциал глобального потепления (GWP) (100 –летний период ITH)
Помимо негорючести, многие сегрегированные HFE продемонстрировали малую
токсичность, а также физические и химические свойства, позволяющие заменить PFC и HFC
в отдельных вариантах применения. Два имеющихся в продаже HFE, HFE-7100 и HFE-7200,
представляют собой смесь изомеров n- и i-C4F9. Данные материалы в настоящее время
используют в качестве заменителя ODS, например, CFC и HCFC, а также HFC и PFC во
многих случаях промышленного применения. Сравнение свойств HFE-7100 с отдельными
характеристиками материалов, для замены которых он используется, приведено в таблице 4.
У сегрегированных HFE физические свойства сходны с характеристиками CFC, HFC и PFC.
7
Характеристики безопасности HFE эквивалентны свойствам материала, который они
заменяют, или превосходят их. И, что наиболее важно, сегрегированные HFE обладают
улучшенными характеристиками поведения в окружающей среде.
Варианты замены HFC и PFC в промышленных вариантах применения
Первичным вариантом применения, где сегрегированные HFE заменяют материалы с более
высоким потенциалом глобального потепления, являются варианты с применением
жидкостей. К ним относятся такие варианты использования растворителей, как очистка
прецизионного оборудования и нанесение покрытия, а также теплопередающие жидкости,
например, рециркуляционные хладагенты и вторичные хладоносители.
Растворители для очистки электронного и прецизионного оборудования: В настоящее
время HFE используют при промышленной очистке для замены растворителей ODS,
например, CFC-113, 1,1,1-трихлорэтан, HCFC-141b и n-пропил бромид. Практически во
всех вариантах применения выбросы растворителя HFE значительно ниже, чем у того
материала, который он заменяет [16]. Поскольку HFE являются относительно мягкими
растворителями, их часто используют в смесях или азеотропах при очистке. Органические
растворители, используемые для получения негорючих смесей с HFE, еще более снижают
общий потенциал глобального потепления выбросов растворителя. HFE также заменили
растворители с более высоким потенциалом глобального потепления, такие как
перфторгексан, и, в меньшей степени, HFC-43-10mee, при очистке, хотя HFC и PFC не
использовались в том же объеме, что и ODS.
Таблица 4
Свойства сегрегированных HFE по сравнению с CFC, HFC и PFC
Номер галогенуглерода
Эксплуатационные свойства
Температура кипения (°C)
Температура замерзания (°C)
Плотность жидкости (г/мл)
Вязкость жидкости (сПз)
Поверхностное натяжение (дин/см)
Теплота парообразования (кал/г)
Характеристики безопасности
Температура возгорания (°C)
Пределы воспламенения в воздухе (% об.)
Летальная концентрация 4 ч LC50 (частей на
миллион)
Нормативное значение воздействия
(средневзвешенное по времени, частей на
миллион, 8 часов)
Характеристики воздействия на окружающую
среду
Время жизни в атмосфере (лет)
Потенциал глобального потепления (GWP)
(100 –летний период ITH)
Потенциал озоноразрушения (CFC-11 = 1)
Предшественник фотохимического смога
C4F 9OCH3
HFE-449sl
CF2C1CFC12
CFC-113
CF3CFHCFHC2F5
HFC-43-10mee
C5F14
PFC-5-1-14
60
-135
1,52
0,61
13,6
30
48
-31
1,56
0,68
17
35
54
-80
1,58
0,67
14,1
31
56
-90
1,68
0,67
12,0
21
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
> 100 000
55 000
11 100
> 300 000
750
1000
200
≈ 1000
4.1 [17]
85
17,1
3200
320 [18]
6000
1700
9000
0
Нет
0,8
Нет
0
Нет
0
Нет
8
Растворитель для нанесения покрытия: HFC и PFC заменили CFC в качестве
растворителей, применяемых при нанесении покрытия на субстраты, в частности, для
галогенированных смазок. Имеющиеся в продаже HFE заменили оба типа материалов в
качестве растворителей для смазок в наиболее важных вариантах применения, например,
жестких дисках компьютеров и электросоединителях.
Теплопередающие жидкости: Хотя выбросы при теплопередаче, как правило, достаточно
низкие, предпринимаются попытки заменить материалы с более высоким потенциалом
глобального потепления. Рециркуляционные хладагенты, в которых традиционно
использовались CFC, в 1990-х начали применять PFC. В данных вариантах применения
положено начало использованию растворителей FIFE, где присутствуют вещества с
соответствующими температурами кипения.
Новым вариантом применения, в котором HFE могут в дальнейшем заменить HFC при
теплопередаче, является их использование в качестве вторичных хладоносителей. HFC
преимущественно используют как первичные хладоносители, рабочую жидкость в
компрессоре. Хотя HFE, как правило, не являются эффективным первичным
хладоносителем, широкий диапазон жидкой фазы позволяет использовать ее для передачи
тепла от источника в первичную систему. Вторичный хладоноситель обеспечивает гораздо
меньшие затраты HFC или практическую возможность использования аммиака или
углеводородного хладоносителя в первичной системе. Исторически, исследования на месте
показали, что вторичные системы менее эффективны, чем традиционные системы
непосредственного охлаждения. Тем не менее, в данных исследованиях преимущественно
применялись гликоли или растворы органических солей в качестве рассола и
предпринимались попытки имитировать системы непосредственного охлаждения. В
результате исследований выявлено, что системы, рассчитанные на использование
низкотемпературных транспортных свойств HFE, продемонстрировали гораздо более
высокие характеристики, чем традиционные вторичные системы [19].
Уменьшение выбросов парниковых газов
Хотя существует вероятность того, что сегрегированные HFE не смогут заменить HFC и
PFC во всех вариантах применения, диапазон имеющихся соединений данного класса
обеспечивает замену во многих из вариантов, упомянутых выше. Накопленный до
настоящего времени опыт предполагает, что HFE заменит HFC и PFC при равноценном
весе, что приведет к заметному сокращению выбросов парниковых газов на базе CO2 или
углерода благодаря более низкому потенциалу глобального потепления HFE. Можно
ожидать потенциальное уменьшение выбросов в диапазоне от 80 % до 99 %, в зависимости
от вещества, используемого при преобразовании.
Например, замена HFE-449sl негорючим HFC с самым низким потенциалом глобального
потепления (1600) приведет к 80 % уменьшению выбросов CO2 или углерода.
Использование HFE-569sf2 вместо PFC (GWP = 9000) уменьшает выбросы парниковых
газов на 99 %. Дополнительное уменьшение выбросов парниковых газов достигается в тех
случаях, когда замена продукции сопровождается уменьшением массы выбросов.
Выводы
Сегрегированные HFE представляют собой класс веществ, молекулы которых
обеспечивают негорючесть и короткое время жизни в атмосфере. Благодаря малому
времени жизни в атмосфере снижается потенциал глобального потепления для данных
веществ. Данные характеристики воздействия на окружающую среду
9
кардинально отличаются от свойств негорючих HFC, имеющихся в продаже на данный
момент.
Сегрегированные HFE успешно заменили CFC, HCFC, HFC и PFC в отдельных вариантах
промышленного применения. Существуют дополнительные возможности использования
сегрегированных HFE для замены веществ с более высоким потенциалом глобального
потепления, что обеспечивает значительное уменьшение выбросов парникового газа для
подобных вариантов применения. Подобное сокращение выбросов демонстрирует, что
вещества с низким потенциалом глобального потепления представляют собой эффективное
решение проблем, связанных с изменением климата.
10
Список литературы
1. Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer and its attendant amendments, United
Nations Environment Programme, 1987/ Монреальский протокол по веществам, уничтожающим
озоновым слой и все поправки к нему, Программа ООН по окружающей среде, 1987.
2. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, Climate Change 1995: The Science of Climate
Change, edited by J. T. Houghton, et al., Cambridge University Press, Cambridge, U.K.,
1996/Межправительственный семинар по изменению климата, Изменение климата 1995: Наука
об изменении климата под редакцией Дж.Т. Хофтона и др. Издание Кембриджского
универститета, Кембриджский университет, Соединенное королевство, 1996.
3. WMO (World Meteorological Organization), Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1998, Global
Ozone Research and Monitoring Project – Report No. 44, 1998/Всемирная метеорологическая
организация, Научная оценка уничтожения озонового слоя, 1998, Глобальный проект
исследования и мониторинга озонового слоя – Отчет № 44, 1998.
4. Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change, United Nations
Environment Programme, 1997/Киотский протокол к рамочной конвенции ООН по изменению
климата, 1997.
5. WMO (World Meteorological Organization), Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1989, Global
Ozone Research and Monitoring Project – Report No. 20, Volume II, Appendix: AFEAS Report,
1989/Всемирная метеорологическая организация, Научная оценка уничтожения озонового слоя,
1998, Глобальный проект исследования и мониторинга озонового слоя – Отчет № 20, том II,
Приложение: Отчет AFEAS, 1998.
6. Keuper, E. F., et al., Evaluation of HFC-245ca for Commercial Use in Low Pressure Chillers, Final
Report for The Air-Conditioning and Refrigeration Technology Institute, (ARTIMCLR Project No.
665-53300), 1996/Кеупер и др. Оценка HFC-245ca для коммерческого использования в чиллерах
низкого давления, Окончательный отчет для института воздушного кондиционирования и
морозильных технологий (ARTIMCLR Проект № 665-53300), 1996.
7. Atkinson, R., Chem. Rev., 85, 69–201, 1985
8. Cooper, D. L., et al., Atmos. Env., 26A, 1331–1334, 1992 mdAtmos. Env., 21X, 117–119, 1993.
9. Barltolotti, L.J. and E.O. Edney, Int. J. Chem. Kinet, 26, 913–920, 1994.
10. Zhang, Z. et al., J. Phys. Chem., 96, 9301–9304, 1992.
11. Molina, M.J., Molina, L.T., et al., Unpublished data, Atmospheric Chemistry of Some
Hydrofluoroethers, Reports prepared for 3M Company, 1994–1999/ Неопубликованные данные,
Химические реакции в атмосфере некоторых гидрофторэфиров, отчет подготовлен для
компании 3М, 1994–1999.
12. DeMore, W.B., et al., JPL Publication No. 97-4, NASA Jet Propulsion Lab, Pasadena, Ca., USA, 1997.
13. Prinn, R.G., etal, Science, 269, 187, 1995.
14. Christensen, L.K., etal, J. Phys. Chem. A, 102, 4839–4845, 1998.
15. Wallington, T.J., etal, J. Phys. Chem. A, 101, 8264–8274, 1997.
16. Warren, K. J., Use of hydrofluoroethers in electronics cleaning applications, presented at the
International Conference on Ozone Protection Technologies, Baltimore, Md., USA,
1997/Использование гидрофторэфиров при очистке электронной аппаратуры, представленной на
международной конференции по технологиям, обеспечивающим защиту озонового слоя,
Baltimore, Md., USA, 1997.
17. Уоллингтон и др. (1997) сообщили, что n- и i- изомеры HFE-7100 должны иметь сходную с OH
реактивность на основании наблюдения об отсутствии различий в реактивности изомера по
отношению к радикалам CI и F. n- C4F9OCH3 в исследовании Wallington и др. (1997) обозначен
как остающийся в атмосфере в течение приблизительно 5 лет и повторно упомянут в отчете
WMO № 44 как остающийся в атмосфере в течение 5,0 лет. Величина рассчитана до двух
значимых цифр и составляет 4,7 года. Последующие измерения, проведенные Molina и др. в MIT
на чистом i-C4F9OCH3, определили время жизни в атмосфере в пределах 3,7 года. Имеющийся
на рынке HFE-7100 представляет собой смесь с примерным соотношением по весу изомера и
стандартных изомеров 60/40, что обеспечивает среднее время жизни в 4,1 года.
18. В отчете WMO № 44 указан потенциал глобального потепления HFE-7100 в 390 в течение 100летнего интегрального периода со временем жизни 5,0 года. Расчет на основе времени жизни в
4,1 года с потенциалом глобального потепления для серийной продукции в 320 (100-летний
ITH).
19. Sherwood, G.J., M. S. Thesis, University of Minnesota, Minneapolis, MN, USA, 1999.
11