Une équipe de scientifiques de l'UNSW a découvert que certains des nouveaux réfrigérants les plus importants se décomposent, en partie, en polluants de gaz à effet de serre persistants, y compris des composés qui ont été interdits à l'international.
Les réfrigérants sont des produits chimiques qui passent d'un liquide à un gaz – et vice-versa et transfèrent de la chaleur dans le processus utilisé pour la réfrigération et le chauffage et le refroidissement intérieurs. Les produits chimiques sont également utilisés comme propulseurs d'aérosols, les retardateurs d'incendie et dans la fabrication de plastiques moussants.
L'hydrofluoroolefines (HFOS), qui réagissent rapidement dans l'atmosphère inférieure, sont devenus le principal produit chimique synthétique pour les réfrigérants et sont considérés comme une alternative plus respectueuse de l'environnement à leurs prédécesseurs chimiques.
S'il est connu que les HFO se décomposent en produits chimiques comme le trifluoroacétaldéhyde, il y a eu une discussion persistante sur la rupture de ce composé en fluoroforme – l'hydrofluorocarbone (HFC) le plus dommageable (HFC), ils ont été utilisés pour remplacer.
Un article dirigé par le Dr Christopher Hansen de la chimie de l'UNSW, et publié dans le Journal de l'American Chemical Society, a démontré que les HFO se décomposent en une petite quantité de fluoroforme. Cette nouvelle recherche suggère que nous devons examiner plus étroitement l'impact environnemental des HFOS, ce qui soulève des questions sur leur sécurité à long terme.
« Nous ne comprenons pas pleinement les impacts environnementaux des HFO à ce stade », explique le Dr Hansen. « Mais, contrairement aux exemples précédents tels que le CFCS et l'essence au plomb, nous essayons de déterminer les conséquences des émissions à grande échelle avant de nuire à l'environnement et à la santé humaine de manière irréversible. Nous essayons de changer la façon dont la science introduit de nouveaux produits. »
L'histoire jusqu'à présent
Le trou dans la couche d'ozone est le résultat d'activités humaines qui ont libéré des produits chimiques appauvrissant l'ozone, y compris les chlorofluorocarbures (CFC) – certains des premiers produits chimiques synthétiques utilisés comme réfrigérants et dans des canettes d'aérosol.
Grâce au protocole de Montréal, la société a commencé à les supprimer à l'échelle internationale, et ils ont été largement remplacés par des HFC, qui ont été utilisés à l'échelle mondiale du milieu des années 90.
Bien que les HFC ne provoquent aucune épuisement des couches d'ozone, ils se sont avérés être de puissants gaz à effet de serre. « En fin de compte, les scientifiques ont découvert que 1 kg de fluoroforme – un HFC couramment utilisé – émis aujourd'hui contribuera à autant au chauffage de surface de la planète au cours du prochain siècle, car plus de 14 000 kg de dioxyde de carbone », explique le Dr Hansen.
Après avoir réalisé le potentiel de réchauffement de la serre extrême des HFC, leur élément mondial a commencé en 2016.
Les HFO, qui ont une durée de vie atmosphérique plus courte, sont désormais les principaux remplacements synthétiques et sont rapidement proliférés en tant que réfrigérants, des agents soufflant en mousse – tels que ceux utilisés dans la mousse isolante et les propulseurs d'aérosol.
Alors que les scientifiques connaissent des informations sur les voies chimiques de la décomposition du HFO, il y a eu un débat de longue date sur la décomposition de certains des HFC les plus hostiles les plus hostiles.
Expériences simulant l'atmosphère
Les HFO sont constitués d'unités chimiques plus réactives que leurs homologues précédents, ils ne se lèvent donc pas dans la haute atmosphère et deviennent des gaz à effet de serre à longue durée de vie.
« Mais en tant que chimistes, nous regardons les structures de ces molécules et nous commençons à essayer d'imaginer ce qu'ils sont transformés », explique le Dr Hansen. « Donc, plutôt que d'y aller, oh, cette chose n'a qu'une vie de deux semaines, ce ne peut pas être un gaz à effet de serre, nous devons voir ce qu'il est devenu.
« Et la plupart des chimistes examineront ces structures, et ils peuvent dessiner des réactions qui conduisent réellement aux HFC. »
Mais confirmer si les HFO se décomposent en HFC à faibles rendements nécessitent des expériences difficiles et la plupart des techniques et des instruments existants n'ont pas la sensibilité et la spécificité pour le faire.
Le Dr Hansen et son équipe ont utilisé plusieurs techniques, dont deux inventées juste pour cette étude, pour mesurer et évaluer la réaction chimique à travers la gamme complète de pressions attendues dans l'atmosphère.
« Nous avons utilisé une variété de techniques spectroscopiques pour observer la réaction. Et nous avons inventé un mélange de gaz à diverses pressions pour simuler une atmosphère polluée par une trace du produit de décomposition HFO immédiat. Ensuite, nous avons utilisé un laser pour simuler les photons qui venaient autrement du soleil, pour conduire la réaction », explique le Dr Hansen.
Nouvelles données pour les modèles climatiques
Nous savons que les HFO se décomposent en carbonyles fluorés tels que le trifluoroacétaldéhyde à un rendement jusqu'à ou supérieur à 100%. Cela signifie que toutes les molécules de HFO se transforment en premier produit et, pour certains HFO, vous pourriez obtenir deux molécules de ce produit pour chaque molécule de HFO qui se décompose.
Cette étude révèle que la prochaine étape de la réaction, entraînée par la lumière, produit une petite quantité de fluoroforme à partir de la décomposition du trifluoroacétaldéhyde. Le fluoroforme est le HFC avec le plus grand potentiel de réchauffement climatique.
« Nous avons démontré de manière globale que certains des HFO les plus importants se décomposent en HFC et ont fourni les premières données scientifiques dures nécessaires pour modéliser et prédire les conséquences des émissions à grande échelle », explique le Dr Hansen.
« Bien que la réaction ne produit qu'une petite quantité de fluoroforme, le produit chimique peut exister dans l'atmosphère pendant jusqu'à 200 ans, et avec un potentiel de réchauffement climatique plus de 14 000 fois plus élevé que le CO2, Un petit rendement peut encore avoir un impact significatif. «
De nombreuses crises atmosphériques nous ont surpris par surprise. « Pensez à l'essence au plomb, des événements mortels du smog du 20e siècle, la crise des trou d'ozone », explique le Dr Hansen. « Mais ce n'était pas parce que nos modèles n'étaient pas assez bons, mais plutôt parce que la chimie importante manquait aux modèles », dit-il.
Désormais, cette étude règle une controverse de longue date et fournit les données scientifiques dures et scientifiques nécessaires pour modéliser et prédire l'impact des émissions à grande échelle des HFO, avant que les décideurs politiques puissent avoir besoin de réagir à une crise environnementale émergente.
Les groupes de modélisation du climat de l'UNSW, ainsi que des scientifiques du monde entier, sont désormais prêts à saisir ces données dans des modèles, pour aider à déterminer l'impact environnemental de la poursuite de l'utilisation des HFO.
« Bien que des questions demeurent, ce document offre des preuves cruciales qui devraient éclairer les prochaines étapes pour traiter l'impact environnemental des produits chimiques que nous libérons dans l'atmosphère », explique le Dr Hansen.
Le Dr Hansen et son équipe prévoient de nouveaux travaux expérimentaux. « Pour cet article, nous avons effectué les expériences en une seule longueur d'onde, la longueur d'onde utilisée dans des études qui guident actuellement les régulateurs, l'industrie, les gouvernements », dit-il.
« Nous prévoyons d'étudier cette chimie en utilisant d'autres longueurs d'onde de lumière, où le rendement pourrait être plus élevé ou inférieur. »
