Проблемы озонового слоя

ПРОБЛЕМЫ ОЗОНОВОГО  СЛОЯ

История вопроса

За содержанием озона в атмосфере  начинают регулярно наблюдать с  середины 20-х гг. теперь уже прошлого 20-го столетия, когда в Англии и  Швейцарии появляются специальные  наземные станции. Затем в небо взмывают исследовательские зонды, специально оборудованные самолеты и космические корабли (в 1978 г. на американском спутнике NIMBUS-7 устанавливается спектрометр для исследования озона). Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой впервые обнаруживают во второй половине 50-х гг. (а точнее, в 1957 г. во время проведения Международного геофизического года).

Воспринимают как научный  факт и на полтора десятилетия  забывают. Но не все. В 1973 г. американский ученый Марио Молина приходят к выводу, что главными виновниками гибели атмосферного озона являются атомы хлора, под действием солнечной радиации отделяющиеся от молекул синтезированных человеком химических веществ. В июне 1974 г. эту гипотезу обнародует журнал Nature. Годом позже в США предпринимаются попытки в законодательном порядке ограничить использование хлорфторуглеродов. Но на первых порах успеха они не приносят.

Однако, уже в 1976 г. Национальная академия наук США выпускает специальное  сообщение, в котором солидаризуется с гипотезой М. Молины. А через  три года после этого, в 1977 г., собравшиеся в Вашингтоне представители 32 стран вырабатывают первый план действий по защите озонового слоя.

22 марта 1985 г. под напечатанным  на шести (в т. ч. и русском)  языках текстом Венской конвенции  об охране озонового слоя ставится 20 подписей. Три из них принадлежат представителям тогда еще единого государства – СССР, Украины и Белоруссии. Предотвращению дальнейшего истощения озонового слоя призван служить Монреальский протокол (сентябрь 1987 г.) и поправки к нему. В них предусматривается постепенное прекращение производства и использования хлорфторуглеродов. Первоначально Монреальский протокол подписывают 36 стран. Сегодня число присоединившихся измеряется почти двумя сотнями. В 1992 году на совещании сторон Монреальского протокола в Копенгагене указанные в протоколе сроки корректируются в сторону ужесточения.

А в 1996 году американцы М. Молина и Ш. Роуланд, а также их германский коллега П. Крутцен из Института  химии им. Макса Планка в Германии удостаиваются Нобелевской премии за установление причин снижения концентрации стратосферного озона.

"А при чем же  здесь кондиционеры?" – вправе  поинтересоваться читатель.

А при том, что, если до начала борьбы за сохранение озонового слоя в промышленно развитых странах только 27% попадающих в атмосферу фреонов выделялось за счет утечки хладагентов из холодильных и кондиционирующих устройств, то после того как в 70-е гг. "взялись" за аэрозоли, ситуация изменилась. На хладагенты стало приходиться уже не менее 40–50% выбросов.

Потерпевшие: Озоновый слой

Озона, газа, которым так замечательно пахнет во время грозы, в атмосфере  совсем немного – одна молекула на 3–4 млн молекул компонентов  воздуха. Однако для флоры и фауны  планеты его присутствие необычайно важно. Ведь зародившаяся в океанских  пучинах жизнь и смогла-то "выползти" на сушу только после того, как 600–800 млн лет назад сформировался озоновый щит. Поглощая биологически активное солнечное ультрафиолетовое излучение, он обеспечил его безопасный уровень на поверхности планеты.

Атмосферный озон сосредоточен в двух областях – стратосфере и тропосфере. Причем в первой находится 90% от общего количества. Именно о его истощении и волнуется человечество, записав уже в первом пункте Статьи №1 Венской конвенции стилистически не безупречную фразу: "Озоновый слой" означает слой атмосферного озона над пограничным слоем планеты". Что касается распределенного на высоте от 0 до 10 км слоя тропосферного озона, то его-то как раз благодаря неконтролируемым промышленным выбросам становится все больше.

Будучи химически активным, он легко вступает в реакции и способен не только заметно снизить урожайность сельскохозяйственных культур, но и нанести вред здоровью человека. А надежды на то, что "плохой" тропосферный озон компенсирует убыль "хорошего" стратосферного, напрасны. Все из-за той же высокой активности его молекул, не позволяющей им "дотянуть" до стратосферы. К тому же, даже в грязном городском смоге концентрация озона все равно ниже, чем на заоблачных высотах.

Потерпевшие: Климат

Проблема глобального потепления существует. По крайней мере, как предмет для дискуссий. И одними из ее виновников признаются фторхлоруглероды. Даже абсолютно безопасный для озона "пай-мальчик" R-134A отнесен к парниковым газам. Справедливости ради нужно вспомнить, что о всеобщем потеплении заговорили еще в прошлом веке, задолго до появления фреонов. Сегодня повышение температуры все чаще привязывают к деятельности человека. Чтобы хоть как-то урезонить его прыть, десятками стран выработан основополагающий документ – как и Монреальский, тоже протокол, но Киотский.

Он призван регламентировать выбросы способствующих потеплению газов. Однако сегодня судьба Киотского  протокола под угрозой. В апреле этого года правительство США  заявило о своем желании его  пересмотреть, выдвинув свой альтернативный план "охлаждения" разгоряченной планеты. Такая неожиданная инициатива вызвала глубокую обеспокоенность, особенно в странах Европейского Союза и в Японии.

А с другой стороны, если даже проблема глобального потепления реальна, производителям кондиционеров ли ее бояться. Лучшего союзника для успешного бизнеса, чем жара на улице, и придумать трудно.

Обвиняемые

Их роль отведена хлорфторуглеродам (CFC), появившимся через нескольких лет после открытия в 1928 г. дихлордифторметана. Начавшая в 1931 г. их производство американская фирма Du Pont присвоила своему новому продукту торговую марку "Фреон". Фреоны обнаружили массу достоинств: низкую токсичность, пожаробезопасность, совместимость со многими материалами. А потому стали применяться в самых разных целях: для регенерации тепла, в качестве газообразующих средств при изготовлении пенопластов, а самое главное, в качестве холодильных агентов, в т. ч. и при кондиционировании воздуха.

Появление фреонов позволило  отказаться от использования в этом качестве небезопасного аммиака (а вместе с ним метилхлорида, диоксидов серы и углерода). Отпала необходимость из соображений безопасности выносить компрессор и конденсатор на улицу, как это имело место у первых кондиционеров. (В появившихся позже сплит-системах подобное разделение обуславливалось другими соображениями).

И вот после почти полувека безупречной службы на смену хлорфторуглеродам  идут гидрохлорфторуглероды и гидрофторуглероды.

Из досье

1. CFC (в русской транскрипции ХФУ), наиболее известны CFC-11 и CFC-12 – полностью галогенированные хлорфторуглероды. Считаются главными виновниками разрушения озона, поэтому их применение стремительно сокращается.

2. HCFC (ГХФУ) – гидрохлорфторуглероды. Некоторые из них, в частности HCFC-22, появились еще задолго до возникновения озоновой теории. Другие были синтезированы позже. Содержат хлор, но почти не беспокоят озоновый слой – присутствие одного или нескольких атомов водорода способствует их быстрому расщеплению в нижних слоях атмосферы.

3. НFС (ГФУ) – гидрофторуглероды. Появились относительно недавно. Хлора в них нет вовсе, а значит нет разрушающего воздействия на озоновый слой.

В промышленно развитых странах  в обороте хладагентов заметную роль играет "черный" рынок фреонов. По оценкам зарубежных экспертов, нелегальный экспорт этих соединений в США и страны Западной Европы составляет 10–15 тыс. т/год. В роли поставщиков выступают страны, где фреоны производятся (или производились до недавнего времени) легально, – Россия, Индия, Китай, Мексика. Это отрицательно сказывается на темпах роста спроса на HFC-134a. Многие установки в последние годы работали при половинной загрузке мощностей или переводились на выработку других продуктов.

Это привело  к снижению цен и падению рентабельности производства. Достаточно велико число  контрабандистов, промышляющих фреонами. Только в США за год в руки правосудия попадается не один десяток. Правда, "средний" приговор предполагает для каждого не более полугода тюремного заключения.

В качестве хладагентов в кондиционерах  используются HCFC-22 и HFC-134a. HCFC-22 был предложен раньше. Впрочем, озон он все равно разрушает. Поэтому в настоящее время уже принято решение о его запрете в новом оборудовании с 2010 г. Запуск действия механизма запрета (сокращение загрузки установленных мощностей до 65%) HCFC-22 намечен на 2004 г. Но уже сегодня некоторые страны, Швеция например, от него фактически отказались. Загодя к этому готовятся и ведущие мировые производители хладагентов. Так, с целью замены хлорфторуглеводорода HCFC-22 и временного его заменителя охлаждающего агента SUVA 9100 фирма Du Pont приобрела у компании AlliedSignal лицензию на озонобезопасные охлаждающие составы для бытовых и промышленных кондиционеров Genetron AZ-20.

Та же Du Pont и японская Mitsui заключили договор о 30-летнем партнерстве в производстве HFC-143a, HCFC-124 и HFC-134a на японском предприятии мощностью около 10 тыс. т/год. С Японией сотрудничает и крупнейший европейский производитель озонобезопасных хладагентов британская компания ICI. Сегодня рынок HCFC-22 находится в состоянии значительного превышения предложения над спросом. Так, в Западной Европе мощности по его производству превышают потребление, как минимум, в полтора раза.

Более радужны перспективы  роста рынка HFC-134a – главного заменителя CFC-12, однако в последние годы практическое применение этого соединения в качестве хладагента в воздушных кондиционерах и холодильных установках росло медленнее, чем предполагалось в сделанных ранее прогнозах.

Это связано в том числе  и с тем, что переход на новые  хлорнесодержащие хладагенты сопровождается целым рядом тормозящих его не только экономических, но и технологических трудностей. Необходимы новые масла; из-за более низких тепловых характеристик новых агентов требуются испарители и конденсаторы большего размера; следует с особой тщательностью герметизировать стыки (развальцованные соединения заменять паяными) и снаряжать фильтры-осушители более мелкими фильтрами.

Хладагенты HCFC и HFC в отличие  от CFC, если смешать их с воздухом, а потом подвергнуть воздействию  повышенных давления или температуры, могут стать горючими. Поэтому обычная при работе с CFC практика испытания повышенным давлением смесей воздуха и хладагента становится неприемлемой.

Перспективным представляется сегодня использование в качестве хладагентов смесей из нескольких компонентов. Например R407С – смесь R125, R143A и R32.

В качестве экологически чистых хладагентов пробуются и другие вещества. Так, уже в этом году японская компания Sanyo планирует начать серийное производство компрессоров, использующих углекислый газ.

В России производство озоноразрушающих веществ (ОРВ) достигло своего максимума в 1990 г., составив почти 200 тыс. т, в т.ч. ХФУ – 110 тыс. т. Чуть меньше половины отправлялось на экспорт. К 1996 -му суммарное производство ОРВ снизилось до 47 тыс. т (в том числе ХФУ – до 17 тыс. т). При этом доля экспорта не превысила 1/3. Из-за понятных экономических проблем Россия выполняет не все приложения к Монреальскому протоколу, за что подвергается критике со стороны части мирового сообщества. Но...

Слово дается защите

Но далеко не все убеждены в правоте  сторонников борьбы за сохранение озонового  слоя. И готовы объяснять побудительные  мотивы борцов целым спектром причин – от искренних заблуждений до чуть ли не желания участвовать в афере международного масштаба. Так, еще в начале 90-х "Wall Street Journal" в одном из своих номеров писал: "... борьба за озоновый слой потрясет всю химическую индустрию. В ней выживут только самые сильные". Впрочем, у компании Du Pont, отнесенной авторами к числу этих "самых сильных", есть свои аргументы. Она инвестировала около $ 1 млрд на расходы, напрямую связанные с экологией и усилиями по защите окружающей среды, плюс к этому закрыв производства, приносившие около $ 750 млн в год.

Еще более нелицеприятно  о кампании в защиту озонового слоя отозвались исследователи Мадуро и Шауэрхаммер, выпустившие книгу "Озон: дыра из ничего": "Всемирный запрет на применение хлорфторуглеводородов будет стоить жизни 20–40 миллионов человек ежегодно и к 2005 году высосет из мировой экономики от 3 до 5 триллионов долларов...". И оттуда же: "Монреальский протокол определяет основу того, что в новом мире узкая элита технократов будет диктовать всем нациям экономическую политику. По существу, под вывеской спасения человечества от загрязнения окружающей среды создается новый мировой колониальный режим".

Не находят однозначной  поддержки и борцы против всеобщего  потепления. Да и вообще, резонен вопрос: имеет ли таковое место? Действительно, если взять небольшой по природным меркам период со времен средневековья (называемого еще "малым ледниковым периодом") по век двадцатый, то факт потепления налицо. Но было ли оно связано с деятельностью человека? И потом, похоже, маятник качнулся в другую сторону, – начиная с 40-х гг. 20-го столетия на Земле снова холодает. И некоторые бьют в набат уже не по поводу потепления, а нового наступления ледника. И здесь вполне уместна еще одна цитата: "Если не будут приняты адекватные меры, глобальное похолодание приведет к мировому голоду, мировому хаосу и, вероятно, к мировой войне, все это может случиться к 2000 году" (Л. Понте. "Похолодание". 1975 г.).

Вот так, то в жар, то в  холод.

Вместо заключения

А что кондиционеры? Обвиняемые или  восхваляемые, они продолжают выполнять  свою работу, и если какие-то внешние  причины мешают им делать ее хорошо, то жди не только отсутствия комфорта, но беды. Так, в памятном для США 1995 г. необычная жара за одну неделю унесла жизни 700 человек. Для тех, у кого дома не было кондиционеров и вентиляторов, власти были вынуждены устраивать т. н. "острова холода", где люди могли переждать 40-градусную жару при 100 процентной влажности. В нашем не избалованном теплом климате такой аврал кондиционерам грозит едва ли. А вот работы по созданию "островков чистого воздуха" среди целых материков грязного – непочатый край.