Исследование прогнозирует рост выбросов ГФО и TFA в Китае

07 Сентября 2023

В новом исследовании китайские ученые впервые спрогнозировали совокупные и ежегодные выбросы ГФО, ГФО-1234yf и трифторуксусной кислоты (TFA) в Китае.

ГФО-1234yf, наиболее распространенный ГФО, за счет присоединения OH-радикалов почти полностью окисляется в атмосфере до TFA, которая выпадает вместе с осадками и загрязняет окружающую среду. Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) причисляет ГФО-1234yf и TFA к ПФАС (пер- и полифторалкильным соединениям), или «вечным химикатам», не распадающимся в природе.

На исследование «Прогноз выбросов гидрофторолефинов (ГФО) в Китае с географической привязкой», опубликованное в выпуске журнала Environmental Science & Technology («Экологические науки и технологии») от 26 мая 2023 года, сослалась аспирантка Гарвардского университета Хейди Пикар в ходе обсуждения роста выбросов TFA, которое состоялось на конференции по природным хладагентам ATMOsphere America 2023.

Согласно исследованию, ожидается, что ежегодные выбросы ГФО в Китае вырастут с 1,7 кт (1,3~2,3 кт) в 2024 году до 148,8 кт (111,4–185,4 кт) в 2060 году, а их совокупный объем за этот период составит 2,8 Гт (2,0~3,5 Гт). Выбросы ГФО будут распределены, главным образом, по Великой Китайской равнине, а также в восточных областях и на побережье.

Основная часть выбросов ГФО придется на ГФО-1234yf, совокупный объем выбросов которого в 2024-2060 годах составит 1,7 Гт, что приведет к образованию 0,4—1,0 Гт TFA. Совокупные выбросы подлежащих сокращению ГФУ оцениваются в 5,4 Гт CO₂-эквивалента.

Потребление ГФО — прежде всего, ГФО-1234yf и ГФО-1234ze(E) – и их воздействие на окружающую среду вызывают глубокую озабоченность из-за «быстрого разложения ГФО до устойчивой фитотоксичной TFA», говорится в исследовании.

«TFA — вездесущий и очень стойкий загрязнитель окружающей среды, содержание которого в водоемах и осадках за последние два десятилетия быстро выросло до концентраций, измеряемых микрограммами на литр», — добавляют исследователи, отмечая, что это может привести к «загрязнению водных ресурсов, таких как питьевая вода и грунтовые воды», которое очень сложно устранить средствами водоочистки. Другие исследования показывают, что концентрация TFA в водоемах за последние 20 лет выросла в 3—17 раз.

Ученые призывают проведению периодического мониторинга содержания TFA, прежде всего – в ряде уязвимых экосистем, конечных водоемах стока и питьевой воде.

Долговременный прогноз выбросов ГФО «может предоставить научную базу для оценки экологических рисков ГФО и разработки путей вывода ГФУ с целью решения проблемы изменения климата», говорится в исследовании.

В частности, необходимо определить долговременное влияние выбросов ГФО-1234yf на количество выпадающей TFA «с использованием моделей перемещения воздушных масс и гидрологических моделей, особенно для экономически развитых и промышленных регионов».

Кроме того, исследование отмечает необходимость подтверждения экологического воздействия других ГФО, таких как ГФО-1234ze, и их вклада в образование TFA. Это требует лучшего понимания механизма реакций трифтор-ацетальдегида (CF₃CHO), основного продукта разложения ГФО-1234ze. Согласно исследованию, CF₃CHO может частично распадаться до TFA, хотя основная его часть разрушается в процессе фотолиза (то есть, под действием света). Более того, ученые расходятся в оценке выхода ГФУ-23, ПГП которого равен 12690, при фотолизе CF₃CHО.

Автомобильные кондиционеры — крупнейший потребитель

Исследование охватывает три сектора: автомобильные кондиционеры воздуха, полупромышленные кондиционеры воздуха и полиуретановая пена. Рассмотрены шесть ГФУ (ГФУ-134a, ГФУ-125, ГФУ-32, ГФУ-245fa, ГФУ-152a и ГФУ-365mfc), и четыре ГФО (ГФО-1234yf, ГФО-1234ze(E), ГХФО-1233zd(E) и ГФО-1336mzz(Z)).

Согласно исследованию, автомобильные кондиционеры будут главным потребителем ГФО-1234yf, на их долю в 2035-2060 годах придется 65% всех выбросов этого хладагента. В секторах автомобильного и полупромышленного кондиционирования воздуха выбросы ГФУ и ГФО происходят, в основном, при начальной заправке, эксплуатации, обслуживании и утилизации оборудования, при этом на долю эксплуатации и утилизации в 2025-2060 годах придутся 50% и 26% выбросов, соответственно. Как и в других исследованиях, переработка хладагента при утилизации оборудования, отслужившего свой срок, здесь в расчет не принималась.

Исследование признает, что производство TFA из ГФО-1234yf «увеличивается пропорционально росту выбросов ГФО-1234yf». Таким образом, связь между выбросами ГФО-1234yf и накоплением TFA принята в Китае для оценки экологического эффекта будущего использования ГФО-1234yf.

Однако, исследование ссылается на другие работы, в которых отмечается значимость других источников TFA, таких как производство и использование TFA, разложение смесей, содержащих трифторметиловые группы, таких как пестициды, лекарственные препараты и фторполимеры.

Согласно исследованию, ГФО-1234yf и ГФО-1234ze(E) будут наиболее используемыми ГФО в секторах автомобильного и полупромышленного кондиционирования, их годовое потребление в 2025-2045 годах составит от 8,2 до 76,6 кт и от 6,2 до 39,5 кт, соответственно. Совокупное потребление ГФО за 2025-2060 годы составит 3653,7 кт, из которых 55% и 28% придутся на ГФО-1234yf и ГФО-1234ze(E), соответственно.

Исследование прогнозирует рост выбросов ГФО в Китае с 2,8 кт в 2025 году до 148,8 кт в 2060 году. Предполагаются, что большая их часть придется на ГФО-1234yf, выбросы которого увеличатся с 1,5 кт в 2025 году до 79,0 кт в 2060-м. Предположительный объем выбросов ГФО-1234yf из автомобильных кондиционеров в 2040 году составит 28,8 кт.

Совокупные выбросы ГФО с 2025 по 2060 годы достигнут 2,8 Гт, доля ГФО-1234yf and ГФО-1234ze(E) составит 61% (1,7 Гт) и 25% (0,7 Гт), соответственно. Примечательно, что банки ГФО будут намного превышать объемы их выбросов, следовательно, говорится в исследовании, «нельзя игнорировать потенциал ГФО, которые не оказались сразу же выброшены в атмосферу».

Исследование говорит, что при реализации сценария Кигалийской поправки, призывающей к сокращению производства и импорта ГФУ, продолжающиеся выбросы ГФО-1234yf в 2024-2060 годах будут сопровождаться ростом среднегодовой скорости выпадения TFA с 0,007–0,02 до 0,9–1,8 кг/км²/год и увеличением средней годовой концентрации TFA в дождевой воде с 0,01–0,02 до 1,2–2,4 мкг/л. Совокупное количество выпавшей TFA за 2024-2060 годы достигнет 0,4—1,0 Гт.

В исследовании отмечается, что увеличивающаяся средняя годовая концентрация TFA в дождевой воде из-за выбросов ГФО-1234yf останется ниже уровня, не вызывающего видимого отрицательного эффекта (УНВОЭ) для морских животных, равного 2500 мкг/л, и прогнозируемой безопасной концентрации (ПБК) в пресной воде, равной 560 мкг/л. Однако в районах с высоким уровнем выбросов ГФО-1234yf концентрация TFA «будет намного выше средних значений», а количество TFA, накопленной в водоемах, «не поддается оценке, так как это вещество очень устойчиво в водной среде».

Исследование обращает внимание на то, что уже зафиксирована концентрация TFA в атмосферных осадках, равная 38 мкг/л, и в речной воде, равная 140 мкг/л. Также отмечен быстрый рост содержания TFA в питьевой воде и грунтовых водах, а в сыворотке крови взрослых китайцев содержится, в среднем, 8,48 нанограмма TFA на миллилитр. «Риск потенциально необратимого вреда, который может возникнуть в результате нерегулируемого использования TFA и ее прекурсоров, будет вызывать постоянную обеспокоенность в будущем», говорится в исследовании.

В октябре 2021 года химическая индустрия обратилась к вопросу экологического воздействия TFA в исследовании, профинансированном Глобальным форумом за продвинутые климатические технологии (globalFACT), который представляет производителей Ф-газов Chemours, Honeywell, Arkema и Koura (а также производителя оборудования Daikin). В том исследовании был сделан вывод, что «с учетом текущего уровня научных знаний о влиянии TFA на людей и экосистемы, прогнозируемые выбросы до 2040 года не нанесут вреда». При этом там же отмечалось, что «неопределенность знаний о концентрациях TFA и их распределения связана неопределенностью прогноза будущих выбросов».