Экологическая целесообразность применения

Решения Монреальского протокола коренным образом изменили подход к традиционным озоноразрушающим хладагентам, и начиная с 90-х годов на одно из первых мест вышел вопрос об опасности изменения климата и сохранения эмиссии парниковых газов, вызванной применением таких хладагентов.

По степени озоноразрушающей активности озонового слоя Земли галоидопроизводные углеводороды разделены на три группы:

• хладагенты с высокой озоноразрушающей активностью - это хлорфторуглероды (ХФУ) R11, R12, R13, R113, R114, R115, R502, R503, R12B1, R13B1 (или по международному обозначению CFC11, CFC12, CFC13 и т. д.) и др.;
• хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью - это гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) R21, R22, R141b, R142b, R123, R124 (или по международному обозначению HCFC21, HCFC22, HCFC141b и т. д.) и др., в молекулах которых содержится водород. Для этих веществ характерно меньшее время существования в атмосфере по сравнению с ХФУ, и, как следствие, они оказывают меньшее влияние на разрушение озонового слоя. Ряд многокомпонентных рабочих тел, предлагаемых в качестве альтернативы ХФУ, содержат в своем составе ГХФУ, например R22;
• хладагенты, не содержащие атомов хлора [фторуглероды ФУ (FC), гидрофторуглероды ГФУ (HFC), углеводороды (НС) и др.], считаются полностью озонобезопасными. Таковыми являются хладагенты R134, R134a, R152a, R143a, R125, R32, R23, R218, R116, RC318, R290, R600, R600a, R717 и др.

В качестве альтернативы запрещенным к производству хладагентам Монреальским протоколом рассматриваются следующие классы веществ:

• гидрохлорфторуглероды (ГХФУ);
• гидрофторуглероды (ГФУ);
• природные хладагенты - аммиак, диоксид углерода, вода, углеводороды.

Протокол вступил в силу с 12 января 1989 г. К нему присоединились 150 государств (1995г.). В июне 1990г. на конференции в Лондоне было принято решение о прекращении использования всех видов фреонов промышленно развитыми странами к 2000 г.

Монреальский протокол установил жесткие экономические ограничения не только на производство и применение ХФУ, но и на торговлю, экспорт и импорт любой холодильной техники, содержащей ХФУ. Мощным движущим фактором отказа от озоноразрушающих хладагентов служит также внутреннее государственное регулирование. Так, в странах ЕС производство ХФУ прекращено уже с 1 января 1995 г. В ряде стран, например в США, потребитель вынужден при покупке ХФУ заплатить государственный налог, превышающий стоимость самого хладагента.

Известно, что непрерывное применение ХФУ в течение года по воздействию на окружающую среду эквивалентно 10...50 годам применения таких альтернативных хладагентов, как ГХФУ.

На международном совещании в Копенгагене (ноябрь 1992 г.) участниками Монреальского протокола было принято решение о прекращении производства озоноопасных хладагентов Rll, R12 и R502 с 1 января 1996г. На 1 января 1994г. выпуск соединений ХФУ составлял в соответствии с Монреальским протоколом только 25 % выпуска 1989 г. Бывший СССР подписал Монреальский протокол, и в 1991 г. Россия, Украина и Белоруссия подтвердили свою преемственность этого решения.

Действующие сроки ограничения применения веществ, принятые на Венской конференции в 1995 г., представлены в таблице

* Страны - участницы Монреальского протокола произвели в 1987г. 80% мирового объема ХФУ.

Ряд государств Европы опережают установленные сроки. Так, Швеция запретила применение ГХФУ в новом оборудовании с 1 января 1998 г. и обслуживание серийного оборудования - с 1 января 2002г., Дания - с 1 января соответственно 2000 и 2002 гг. В Италии законодательно установлено, что с 31 декабря 1999 г. запрещается производство, импорт и экспорт ГХФУ, продукция с ГХФУ должна иметь четко различимую специальную метку и быть обязательно возвращена поставщику в конце срока эксплуатации. Германия намерена запретить применение ГХФУ в новом холодильном оборудовании с 2000г., Швейцария -с 2005 г. США планируют отказаться от R141b с 2003 г., от R22 - с 2010г., от R123 - с 2020г.

В России в этом направлении действует ряд постановлений Правительства РФ, в частности постановление Правительства РФ от 24 мая 1995 г. № 526 "О первоочередных мерах по выполнению Венской конвенции об охране озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой", содержащее программу перехода промышленности на производство и применение озонобезопасных веществ, построенную на общепринятых в мире принципах. Однако оно не получило статуса государственной программы и поэтому не финансируется и не выполняется. Из всех положений постановления действует только одно - запретительное.

Постановлением Правительства РФ № 563 "О регулировании ввоза в Российскую Федерацию и вывоза из Российской Федерации озоноразрушающих веществ и содержащей их продукции" запрещается экспорт озоноразрушающих веществ (ОРВ) и содержащей их продукции в страны, не подписавшие Монреальского протокола. К ним, в частности, относятся многие страны СНГ (Казахстан, Азербайджан, Киргизия и др.), в которые традиционно экспортировали из России озоноразрушающие вещества, холодильное оборудование и другую продукцию, содержащую эти вещества.

Россия к моменту принятия Монреальского протокола находилась в числе крупнейших мировых производителей и потребителей озоноразрушающих веществ. Пик их производства в России пришелся на 1990г. и составлял тогда 20 % мирового уровня. Выполняя принятые на себя обязательства по международным соглашениям, Россия неуклонно снижает объем производства ХФУ. Так, в 1996г. объем производств ХФУ составил 17 122т при их производстве в 1990г., равном 110 140т. Согласно решению специальной Межведомственной комиссии по охране озонового слоя в 1997 г. подготовлен график поэтапного отказа от ХФУ: в 1998 г. - 4500 т, в 1999 г. - 2800 т и в 2000 г. - с 01.07 полное прекращение производства ХФУ на территории России (постановление № 490 от 1999 г. Правительства РФ).

Для анализа экологической целесообразности применения хладагентов используют следующие параметры: потенциал разрушения озона OOP (Ozon Depletion Potential); потенциал глобального потепления (парникового эффекта) GWP (Global Warming Potential) или HGWP (Halocarlon Global Warming Potential).

Потенциал разрушения озона ODP определяется наличием атомов хлора в молекуле хладагента и принят за единицу для R11 и R12. Для хладагентов группы ХФУ потенциал разрушения озона ODP > или = 1, для ГХФУ ODP < 0,1, а для ГФУ ODP = 0.

Потенциал глобального потепления GWP принят за единицу для диоксида углерода (СО₂) с временным горизонтом 100 лет, а потенциал HGWP подсчитывают относительно значения этого параметра для R11, также принятого за единицу.

Согласно международным прогнозам при существующих темпax роста парникового эффекта средняя температура атмосферы земли к 2050г. может увеличиться на 3...5 К, что может привести : увеличению уровня Мирового океана на 20 см и вызвать тем самым необратимые экологические последствия.

Известно, что галоидопроизводные углеводороды имеют значительно больший, чем диоксид углерода, потенциал глобального потепления GWP. Однако количество попадающего в атмосферу диоксида углерода существенно превышает объемы утечек галоидопроизводных углеводородов, и поэтому прямое влияние последних на возрастание парникового эффекта ранее считали незначительным. Остановимся на этом моменте более подробно.

Величина парникового эффекта пропорциональна количеству (диоксида углерода, содержащегося в атмосфере Земли. На промышленных предприятиях мира ежегодно сжигается свыше 15 * 10⁹т условного топлива, что приводит к выбросу в атмосферу 16,5 * 10⁹т диоксида углерода. Значительная часть попадающего в атмосферу диоксида углерода выделяется на тепловых электрических станциях при сжигании мазута, газа и угля. Это количество по различным оценкам составляет (2,2...7,2) * 10⁹т/год. Масса полихлорвинилов и хладагентов, ежегодно выбрасываемых химической промышленностью, составляет 2*10⁴ т/год, что при пересчете через усредненный показатель GWP соответствует количеству диоксида углерода 4,3*10⁹ т/год. Только 20...25 % эмиссии ежегодно производимых хладагентов эквивалентно вкладу диоксида углеродa в парниковый эффект, равному (5,1...5,5)*10⁶ т/год. Вклад разчичных газов в парниковый эффект (%) представлен ниже.

Диоксид углерода 55 Хладагент R12 17 Метан 15 Другие хладагенты группы ХФУ (CFC) 7 Оксид азота 6

Как видно из этих данных, наиболее существенна в атмосфере Земли доля диоксида углерода, которая согласно международным источникам информации может достигать 81 %. Если эмиссию СО₂ удастся стабилизировать на уровне 1994г., то и тогда юдержание диоксида углерода в атмосфере к 2100 г. может стать почти вдвое больше, чем перед началом эры промышленного развития (с 1750 г.).

Эмиссия диоксида углерода [кг/(кВт*ч)] при производстве электроэнергии в ряде промышленно развитых стран представлена ниже.

В свою очередь, эмиссия диоксида углерода [кг/(кВт*ч)] при производстве электроэнергии зависит от многих факторов, прежде всего от используемого сырья.

Большое значение имеют и потери электроэнергии при ее передаче потребителю.

В последнее время для анализа общего потенциала парникового эффекта, учитывающего и энергетические, и экологические факторы, все больше используют параметр, называемый суммарным эквивалентным тепловым воздействием TEWI (Total Equivalent Warming Impact). Методика расчета TEWI была разработана Международным институтом холода. Параметр TEWI для конкретного вещества представляет собой сумму непосредственного потенциала парникового эффекта в результате эмиссии этого вещества в атмосферу и косвенного потенциала, обусловленного эмиссией диоксида углерода в процессе производства электроэнергии, которая необходима для эксплуатации холодильных установок:

где GWP - потенциал глобального потепления; М - масса эмиссии хладагента в атмосферу; а - коэффициент, характеризующий эмиссию диоксида углерода в атмосферу Земли при выработке 1 кВт*ч электроэнергии; B - количество электроэнергии, потребленной за все время эксплуатации конкретной холодильной установки; L - время эксплуатации оборудования.

При производстве электроэнергии гидростанциями, ветровыми двигателями и ядерными энергетическими установками выбросов диоксида углерода в атмосферу не происходит (коэффициент а равен нулю), а при выработке электроэнергии тепловыми электростанциями в атмосферу выбрасывается диоксид углерода. По данным Центра тепловых насосов Международного энергетического агентства за 1992 г., при выработке 1 кВт*ч электроэнергии в Европе выброс диоксида углерода составил в среднем 0,52кг (а в ряде стран Европы вдвое больше среднего значения), в Северной Америке - 0,67 кг. Срок службы холодильного оборудования может достигать 15...20 лет, поэтому второе слагаемое, отражающее косвенное воздействие, становится преобладающим в общей оценке, достигая 0,95...0,98 TEWI.

В Норвегии, например, 99,6 % всей электроэнергии производится на гидроэлектростанциях, поэтому выброс диоксида углерода составляет в среднем 0,005 кг на 1 кВт*ч. В то же время в Дании 91 % электроэнергии вырабатывают при сжигании угля, что создает эмиссию, равную 1,1 кг диоксида углерода на 1 кВт*ч энергии.

По прогнозу Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, возможное суммарное тепловое воздействие ХФУ и их заменителей на климат Земли не превысит 10 % значения полного радиационного форсинга. Понятие радиационного форсинга обозначает изменение плотности лучистого теплового потока на внешней границе тропосферы по сравнению с начальной (в доиндустриальную эпоху - до 1800 г.). По оценке итальянского отделения Гринписа, вклад в парниковый эффект только ГФУ составит в будущем более 13 %, а по другим данным вклад ХФУ превысит 20 %.

Конференция ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро обнародовала Рамочную конвенцию по изменению климата. Конвенцию подписали более 160 государств, десятки государств уже ее ратифицировали. США в апреле 1994 г. объявили о национальном обязательстве сократить к 2000 г. выбросы парниковых газов до уровня 1990 г. Конвенция требует этого от всех промышленно развитых стран.

Положения Конвенции, принятые в 1997 г. в г. Киото (Япония), еще более ограничивают выбросы парниковых газов.

Норвегия ввела налог на выбросы диоксида углерода с 1991 г. В обозримом будущем то же должны сделать страны, чьи парламенты ратифицировали Рамочную конвенцию. Это касается и России.

По оценке зарубежных специалистов, уровень безопасной эмиссии диоксида углерода равен 1,1 т в год на душу населения. В настоящее время уровень выбросов диоксида углерода в Европе на душу населения составляет 7,3 т в год.