(published in The Chapman & Hall Encyclopedia of Environmental Science, edited by David E. Alexander and Rhodes W. Fairbridge, pp pp.78-80, Kluwer Academic, Boston, MA, 1999.)

Chlorofluorocarbons (CFCs) are nontoxic, nonflammable chemicals containing atoms of carbon, chlorine, and fluorine. Používají se při výrobě aerosolových sprejů, nadouvadla pro pěny a obalové materiály, jako rozpouštědla, jako chladiva. CFC jsou klasifikovány jako halokarbony, třída sloučenin, které obsahují atomy atomů uhlíku a halogenů. Jednotlivé molekuly CFC jsou označeny jedinečným číslovacím systémem. Například CFC číslo 11 označuje počet atomů uhlíku, vodíku,fluoru a chloru (např. CCl3F jako CFC-11). Nejlepší způsob, jak si pamatovat systému je „pravidlo 90“ nebo přidat 90 CFC číslo, kde první číslice je počet atomů uhlíku (C), druhá číslice je počet atomů vodíku (H), a třetí číslice je číslo atomy fluoru (F). Celkový počet atomů chloru (Cl) se vypočítá výrazem: Cl = 2 (C+1) – H-F. v příkladu CFC-11 má jeden uhlík, Žádný vodík, jeden fluor a tedy 3 atomy chloru.

Ledničky v pozdních 1800s a časném 1900s použity toxické plyny, čpavek (NH3), methyl chlorid (CH3Cl) a oxid siřičitý (SO2), jako chladiva. Po sérii smrtelných nehod v roce 1920, kdy methyl chlorid unikly ven z ledničky, hledání méně toxických náhradní začala jako společné úsilí tří Amerických korporací – Frigidaire, General Motors, a Du Pont. Cfc byly poprvé syntetizovány v roce 1928 Thomas Midgley, Jr., General Motors, jako bezpečnější chemické látky pro chladničky používané ve velkých obchodních appilications1. Frigidaire byl vydán první patent, číslo 1 886 339, pro vzorec pro CFC 31. Prosince 1928. V roce 1930 založili General Motors a Du Pont společnost Kinetic Chemical Company, která vyráběla Freon (obchodní název du Pont pro CFC) ve velkém množství. Do roku 1935 Frigidaire a jeho konkurenty, prodal 8 milionů nových chladniček ve Spojených Státech pomocí Freon-12 (CFC-12) provedené Kinetické Chemické Společnosti a ty společnosti, které licenci na výrobu této sloučeniny. V roce 1932 společnost Carrier Engineering Corporation používá Freon-11 (CFC-11) ve worldje první samostatné domácí klimatizační jednotku, která se nazývá „Atmosférický Vlády“.; Vzhledem k bezpečnostnímu záznamu CFC pro netoxicitu se Freon stal preferovaným chladivem ve velkých klimatizačních systémech. Kódy veřejného zdraví v mnoha amerických městech byly revidovány, aby označily Freon jako jediné chladicí médium, které by mohlo být použito ve veřejných budovách. Po druhé světové válce byly CFC používány jako pohonné látky pro spreje na chyby, barvy, vlasové kondicionéry a další zdravotnické výrobky. Během pozdní 1950 a brzy 1960 CFC umožněno levné řešení touhy po klimatizaci v mnoha automobilů, domů a kancelářských budov. Později se růst využití CFC rozběhl po celém světě s vrcholem, ročním obratem asi miliardy dolarů (USA) a více než milionem metrických tun vyrobených CFC.

zatímco CFC jsou bezpečné pro použití ve většině aplikací a jsou inertní ve spodní atmosféře, procházejí významnou reakcí v horní atmosféře nebo stratosféře. V roce 1974 dva chemici z Kalifornské univerzity, profesor F. Sherwood Rowland a Dr. Mario Molina, ukázal, že CFC by mohly být hlavním zdrojem anorganického chloru ve stratosféře po jejich fotolytickém rozkladu UV zářením. Kromě toho by se část uvolněného chloru stala aktivní při ničení ozonu ve stratosféře2. Ozon je stopový plyn umístěný primárně ve stratosféře(viz ozon). Ozon absorbuje škodlivé ultrafialové záření ve vlnových délkách mezi 280 a 320 nm pásma UV-B, což může způsobit biologické poškození rostlin a zvířat. Ztráta stratosférického ozonu má za následek škodlivější UV-B záření dosahující zemského povrchu. Chlor uvolněný z CFC ničí ozon v katalytických reakcích, kde může být zničeno 100 000 molekul ozonu na atom chloru.

velké jarní vyčerpání stratosférického ozonu se každým následujícím rokem zhoršovalo. Tato ztráta ozonu byla popsána v roce 1985 britským výzkumníkem Joe Farmanem a jeho kolegyni3. To bylo voláno ìthe antarktický ozon holeî jinými. Ozonová díra byla jiná než ztráta ozonu ve středních šířkách. Ztráta byla větší než v Antarktidě než ve středních zeměpisných šířkách kvůli mnoha faktorům: neobvykle nízké teploty regionu, dynamická izolace tohoto ìholeî a synergické reakce chloru a bromu4. Ozonová ztráta je také lepší v polárních oblastech v důsledku reakce zahrnující polární stratosférické mraky (Jkm)5 a ve středních zeměpisných šířek po sopečné erupce. Potřeba kontroly CFC se stala naléhavou.

V roce 1987, 27 národů podepsala globální environmentální smlouvou, Montrealský Protokol o Snížení Látkách, které Poškozují Ozonovou Layer6, že měl rezervu pro snížení 1986 úroveň výroby těchto látek o 50% do roku 2000. Tato mezinárodní dohoda zahrnovala omezení výroby CFC-11, -12, -113, -114, -115, a Halony (chemikálie používané jako hasicí prostředky). Pozměňovací návrh schválený v Londýně v roce 1990 byl důraznější a požadoval odstranění výroby do roku 2000. Chlorovaná rozpouštědla, methylchloroform (CH3CCl3) a tetrachlormethan (CCl4) byly přidány do londýnského dodatku.

Velké množství reaktivních stratosférického chlóru ve formě chloru uhelnatý (ClO), které by mohly být pouze důsledkem ničení ozonu, které Freony ve stratosféře, byly pozorovány pomocí přístrojů na palubě NASA ER-2 letadla a UARS (Upper Výzkum Atmosféry Satelit) přes některé regiony v Severní Americe během zimy 19927,8. Environmentální obavy o Cfc vyplývá z jejich dlouhou atmosferickou životnost (55 let u CFC-11 a 140 let, CFC-12, CCl2F2)9, která omezuje naši schopnost snížit jejich množství v atmosféře a související budoucí ztráty ozonu. To vyústilo v Kodaňský pozměňovací návrh, který dále omezil výrobu a byl schválen později v roce 1992. Výroba těchto chemikálií skončila z větší části 1. ledna 1996. Jediné schválené výjimky byly pro výrobu v rozvojových zemích a pro některé osvobozené aplikace v medicíně (tj. Montrealský protokol zahrnoval donucovací ustanovení uplatňováním hospodářských a obchodních sankcí, pokud by signatářská země obchodovala nebo vyráběla tyto zakázané chemikálie. Montrealský protokol nyní podepsalo celkem 148 signatářských zemí. Atmosférická měření CFC-11 a CFC-12 hlášená v roce 1993 ukázala, že jejich tempo růstu klesalo v důsledku dobrovolného i nařízeného snížení emisí9. Mnoho CFC a vybraných chlorovaných rozpouštědel se buď vyrovnalo (Obrázek 1) nebo snížilo koncentraci o 19949,10.

poptávka po CFC byla uspokojena recyklací a opětovným použitím stávajících zásob CFC a použitím náhrad. Některé aplikace, například odmašťování kovů a čištění rozpouštědel pro desky s plošnými spoji, které kdysi Cfc nyní použít halokarbon-zdarma tekutin, vody (někdy jako steam), a zředěné kyseliny citrónové. Průmysl vyvinul dvě třídy halokarbon náhražky – hydrochlorfluoruhlovodíky (Hcfc) a hydrofluoruhlovodíky (Hfc). HCFC zahrnují atomy vodíku kromě chloru, fluoru a atomů uhlíku. Výhodou použití HCFC je, že vodík reaguje s troposférickým hydroxylem (OH), což má za následek kratší životnost atmosféry. HCFC-22 (CHClF2) má atmosférickou životnost asi 13 let11 a od roku 1975 se používá v domácí klimatizaci a některých chladicích aplikacích s nízkou poptávkou. HCFC však stále obsahují chlor, který jim umožňuje ničit ozon. Kodaňský pozměňovací návrh požaduje, aby jejich výroba byla odstraněna do roku 2030. Hfc jsou považovány za jednu z nejlepších náhrad pro snížení ztráty stratosférického ozonu kvůli jejich krátké životnosti a nedostatku chloru. Ve Spojených státech se HFC-134a používá ve všech nových domácích automobilových klimatizacích. Například HFC-134a rychle roste v roce 1995 rychlostí růstu asi 100% ročně s atmosférickou životností asi 12 let12. („Pravidlo 90“ platí také pro chemický vzorec HCFC a HFC.)

použití CFC, některých chlorovaných rozpouštědel a halonů by mělo být v příštím desetiletí zastaralé, pokud budou všechny strany dodržovat Montrealský protokol a budou použity náhražky. Věda, která se stala základem Montrealského protokolu, vyústila v Nobelovu cenu za chemii v roce 1995. Cena byla udělena společně profesorům F. S. Rowland na University of California v Irvine, M. Molina na Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, a Paul Crutzen na Max-Planck-Institutu pro Chemii v Mohuči, Německo, za jejich práci v atmosférické chemii, zejména týkající se vzniku a rozkladu ozonu (zejména Freony a oxidy dusíku).

1Midgley, T., and Henne, a., organické fluoridy jako chladiva, průmyslová a inženýrská chemie, 22, 542-547, 1930.

2Molina, M. J. A F. S. Rowland, stratosférický dřez pro chlorfluormetany: Atom chloru katalyzovaný zničení ozonu, Příroda, 249, 810-814, 1974.

3Farman, J. C., B. G. Gardiner, a. J. D. Shanklin, Velké ztráty celkového ozonu v Antarktidě odhalit sezónní ClOx/NOx interakce, Příroda, 315,207-210, 1985.

4McElroy, M. B., R. J. Salawitch, S. C. Wofsy, a J. a. Logan, Snížení Antarktické ozonové vzhledem k vzájemné synergické působení chloru a bromu, Příroda, 321, 759-762, 1986.

5Solomon, S., R. R. Garcia, F. S. Rowland, a. D. J. Wuebbles, Na vyčerpání Antarktické ozonové, Příroda, 321, 755-758, 1986.

6montrální Protokol o látkách, které poškozují ozonovou vrstvu, 15 pp, Program OSN pro životní prostředí (UNEP), New York, 1987.

7Toohey, D. W., L. M. Avallone, L. R. Lait, P. a. Newman, M. R., Schoeberl, D. W. Fahey, E. L., Woodbridge, a J. G. Anderson, sezónní vývoj reaktivního chloru ve stratosféře severní polokoule, Věda, 261, 1134-1136, 1993.

8Waters, J., L. Froidevaux, W. Read, G. Manney, L .Elson, D. Flower, R. Jarnot, a R. Harwood, stratosférický ClO andozone z mikrovlnné končetiny Sounder na Výzkumném satelitu horní atmosféry, Nature, 362, 597-602, 1993.

9Elkins, J. W., T. Thompson, M., T. H. Swanson, J. H. Butler, B. D. Hall, S. O. Cummings, D. A. Fisher, a. a. G. Raffo, Snížení tempa růstu atmosférického chlorfluoruhlovodíky 11 a 12, Příroda, 364 , 780-783, 1993.

10Prinn, R. G., R. F. Weiss, B. R. Miller, J. Huang, F. N. Alyea, D. M. Cunnold, P. J. Fraser, D. E. Hartley, a P. G. Simmonds, Atmosférické trendy a životnost CH3CCl3 a globální koncentrace OH, Věda, 269, 187-192, 1995.

11Montzka, S. a., r. c. Myers, J. H. Butler, S. C. Cummings, J. W. Elkins, Globální troposférickou distribuce a kalibrace rozsahu HCFC-22, Geophysical Research Letters, 20 (8), 703-706, 1993.

12Montzka, S. a., r. c. Myers, J. H. Butler, J. W. Elkins, L. T. Lock, a. D. Clarke, a. a. H. Goldstein, Vyjádření HFC-134a ve vzdálené troposféře, Geophysical Research Letters, 23, 169-172, 1996.

navrhl další čtení:

Cagin, S. A P. Dray, mezi Zemí a oblohou: jak CFC změnily náš svět a ohrožovaly ozonovou vrstvu, 512 pp., Pantheon Press, New York, 1993.

vědecké hodnocení vyčerpání ozonu: 1994, editoval D. L. Albritton, R. T. Watson a R. J. Aucamp, 37, 451 stran., Světová meteorologická organizace (WMO), Ženeva, 1995.

Obrázek 1: akumulace chlor-fluorované uhlovodíky-11 (CFC-11) v atmosféře úrovní jako výsledek dobrovolné a povinné snížení emisí. Měsíční prostředky uváděné jako poměry suchého míchání v částech na bilion (ppt) pro CFC-11 na úrovni země pro čtyři stanice NOAA/CMDL (Pt. Barrow, Aljaška; Mauna Loa, Havaj; Cape Matatula, Americká Samoa, a Jižní Pól) a tři družstva stanic (Upozornění, Severozápadní Území, Kanada (Atmosférické Prostředí Služby); Niwot Ridge, Colorado (University of Colorado); Cape Grim Základní Znečištění Ovzduší Stanice, Tasmánie, Austrálie (Commonwealth Vědecký a Průmyslový Výzkum Organizace)9. (S laskavým svolením NOAA/CMDL)