(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. Ezeket aeroszolos spray-k, habok és csomagolóanyagok, oldószerek, valamint hűtőközegek gyártásához használják. A CFC-ket halokarbonoknak, a szén-és halogénatomok atomjait tartalmazó vegyületek osztályába sorolják. Az egyes CFC-molekulák egyedi számozási rendszerrel vannak ellátva. A 11-es CFC-szám például a szén, a hidrogén, a fluor és a klór atomjainak számát jelzi (pl. CCl3F mint CFC-11). A rendszer emlékezetének legjobb módja a “90-es szabály”, vagy 90-et adjon a CFC-számhoz, ahol az első számjegy a szénatomok száma (C), a második számjegy a hidrogénatomok száma (H), a harmadik számjegy pedig a fluor atomok száma (F). A klóratomok (CL) teljes számát A következő kifejezéssel kell kiszámítani: Cl = 2(C+1) – H – F. a példában a CFC-11 egy szénnel rendelkezik, nincs hidrogén, egy fluor, ezért 3 klóratom.

az 1800-as évek végén és az 1900-as évek elején hűtőközegként mérgező gázokat, ammóniát (NH3), metil-kloridot (CH3Cl) és kén-dioxidot (SO2) használtak. Az 1920 – as évek halálos baleseteinek sorozata után, amikor a metil-klorid kiszivárgott a hűtőszekrényekből, egy kevésbé mérgező csere keresése három amerikai vállalat-a Frigidaire, a General Motors és a Du Pont-együttműködésével kezdődött. A CFC-ket először 1928-ban Thomas Midgley, a General Motors Jr.szintetizálta, mint a nagy kereskedelmi alkalmazásokban használt hűtőszekrények biztonságosabb vegyi anyagait1. Frigidaire 1928.December 31-én adta ki az első szabadalmat, az 1,886,339 számot a CFC-k képletére. 1930-ban a General Motors és a Du Pont megalapította A Kinetic Chemical Company-t a Freon (a Du Pont tradename for CFC) nagy mennyiségben történő előállítására. 1935-re Frigidaire és versenytársai 8 millió új hűtőszekrényt értékesítettek az Egyesült Államokban A Kinetic Chemical Company és a vegyipari vállalat által gyártott Freon-12 (CFC-12) felhasználásával, valamint azok a vállalatok, amelyek engedélyezték a vegyület gyártását. 1932 – ben a Carrier Engineering Corporation használt Freon-11 (CFC-11) a világ első önálló otthoni légkondicionáló egység, az úgynevezett “légköri szekrény”.; Mivel a CFC biztonsági rekord nem mérgező, Freon lett az előnyben részesített hűtőfolyadék nagy légkondicionáló rendszerek. A közegészségügyi kódokat számos amerikai városban felülvizsgálták, hogy a Freont az egyetlen hűtőfolyadéknak jelöljék, amelyet középületekben lehet használni. A második világháború után a CFC-ket bug spray-k, festékek, hajkondicionálók és egyéb egészségügyi termékek hajtóanyagaként használták. Az 1950-es évek végén és az 1960-as évek elején a CFC-k számos gépjárműben, otthonban és irodaépületben lehetővé tették a légkondicionálás iránti vágy olcsó megoldását. Később, a növekedés CFC használat indult világszerte csúcs, éves értékesítési körülbelül egy milliárd dollár (USA), több mint egymillió metrikus tonna CFC termelt.

míg a CFC-k használata a legtöbb alkalmazásban biztonságos, és inert az alsó légkörben, jelentős reakciónak vannak kitéve a felső légkörben vagy a sztratoszférában. 1974-ben két Kaliforniai Egyetem kémikusa, F. Sherwood Rowland professzor és Dr. Mario Molina, kimutatta, hogy a CFC-k lehetnek a szervetlen klór fő forrása a sztratoszférában az UV-sugárzás által okozott fotolitikus bomlásuk után. Ezenkívül a felszabadult klór egy része aktívvá válik az ózon pusztításában a sztratoszférában2. Az ózon elsősorban a sztratoszférában található nyomgáz (lásd ózon). Az ózon elnyeli a káros ultraibolya sugárzást az UV-B sáv 280-320 nm közötti hullámhosszán, ami biológiai károsodást okozhat növényekben és állatokban. A sztratoszférikus ózon elvesztése több káros UV-B sugárzást eredményez, amelyek elérik a Föld felszínét. A CFC-kből felszabaduló klór katalitikus reakciókban elpusztítja az ózont, ahol klóratomonként 100 000 ózonmolekulát lehet megsemmisíteni.

a sztratoszférikus ózon nagy tavaszi kimerülése a következő évben egyre rosszabbodott. Ezt az ózonvesztést Joe Farman brit kutató és kollégái 1985-ben leírták3. Mások az antarktiszi ózonlyukaknak hívták. Az ózonlyuk más volt, mint az ózonvesztés a midlatitudes-ban. A veszteség több tényező miatt nagyobb volt az Antarktisz felett, mint a midlatitudes: a régió szokatlanul hideg hőmérséklete, ennek dinamikus izolálása, valamint a klór és a bróm szinergikus reakciói4. Az ózonvesztést a sarki régiókban is fokozzák a sarki sztratoszféra felhőket (PSCs)érintő reakciók 5 és a vulkánkitöréseket követő midlatisztikák következtében. A CFC-k ellenőrzésének szükségessége sürgetővé vált.

1987-ben 27 Nemzet írt alá globális környezetvédelmi szerződést, a Montreali jegyzőkönyvet az ózonréteget lebontó anyagok Csökkentésére6, amelyek rendelkeztek arról, hogy 2000 előtt 50% – kal csökkentsék ezen vegyületek 1986-os termelési szintjét. Ez a nemzetközi megállapodás a CFC termelésére vonatkozó korlátozásokat tartalmazta-11, -12, -113, -114, -115, és a halonok (tűzoltószerként használt vegyi anyagok). Az 1990-ben Londonban elfogadott módosítás erőteljesebb volt, és 2000-re a termelés megszüntetését szorgalmazta. A londoni módosításhoz hozzáadták a klórozott oldószereket, a metil-kloroformot (CH3CCl3) és a szén-tetrakloridot (CCl4).

a Nagy mennyiségű reaktív sztratoszférikus klór formájában klór-monoxid (ClO), hogy csak eredmény a pusztulástól, az ózon a Cfc-k a sztratoszférában figyeltek eszközök fedélzeti a NASA-ER-2 repülőgép, UARS (Upper Légköri Kutatás Műholdas) néhány régiók Észak-Amerikában a téli időszakban a 19927,8. A CFC-kre vonatkozó környezeti aggodalom a hosszú légköri élettartamukból következik (55 év a CFC-11 esetében és 140 év a CFC-12 esetében, ccl2f2)9, ami korlátozza azt a képességünket, hogy csökkentsük bőségüket a légkörben és a kapcsolódó jövőbeli ózonveszteséget. Ez azt eredményezte, hogy a Koppenhágai módosítás tovább korlátozta a termelést, és később, 1992-ben jóváhagyták. Ezeknek a vegyi anyagoknak a gyártása nagyrészt 1996.január 1-jén fejeződött be. Az egyetlen kivétel, amelyet jóváhagytak, a fejlődő országokban történő termelés, valamint az orvostudomány (azaz az asztma inhalátorok) és a kutatás egyes mentesített alkalmazásai voltak. A Montreali Jegyzőkönyv a gazdasági és kereskedelmi szankciók alkalmazásával végrehajtási rendelkezéseket tartalmazott, amennyiben az aláíró ország kereskedelmet folytat, vagy ilyen tiltott vegyi anyagokat állít elő. Összesen 148 aláíró ország írta alá a Montreali jegyzőkönyvet. Az 1993-ban bejelentett CFC-11 és CFC-12 légköri mérések azt mutatták, hogy növekedési rátájuk mind az önkéntes, mind a megbízott kibocsátás-csökkentések9 következtében csökkent. Sok CFC és kiválasztott klórozott oldószer vagy kiegyenlített (1. ábra), vagy 19949,10-re csökkent koncentrációban.

a CFC-k iránti keresletet a meglévő CFC-k újrahasznosítása és újrafelhasználása, valamint helyettesítő anyagok használata tette lehetővé. Egyes alkalmazások, például a fémek zsírtalanítása és az áramköri lapok tisztító oldószerei, amelyek egykor CFC-ket használtak, most halokarbonmentes folyadékokat, vizet (néha gőzzel) és hígított citromsavat használnak. Az ipar a halokarbon – helyettesítők két osztályát fejlesztette ki: a klórozott-fluorozott szénhidrogéneket (HCFC-k) és a fluorozott szénhidrogéneket (HFC-k). A HCFC-k a klór, a fluor és a szénatomok mellett hidrogénatomokat is tartalmaznak. A HCFC-k használatának előnye, hogy a hidrogén troposzferikus hidroxillal (OH) reagál, ami rövidebb légköri élettartamot eredményez. A HCFC – 22 (CHClF2) légköri élettartama körülbelül 13 év11, amelyet 1975 óta használnak alacsony igényű otthoni légkondicionálókban és néhány hűtési alkalmazásban. A HCFC-k azonban még mindig tartalmaznak klórt, ami lehetővé teszi számukra az ózon elpusztítását. A Koppenhágai módosítás arra szólít fel, hogy termelésüket 2030-ra megszüntessék. A HFC-ket a sztratoszféra ózonveszteségének rövid élettartama és a klór hiánya miatt az egyik legjobb helyettesítőnek tekintik. Az Egyesült Államokban a HFC-134a-t minden új hazai gépjármű-légkondicionálóban használják. Például a HFC-134a 1995-ben gyorsan növekszik, évente körülbelül 100% – os növekedési sebességgel, körülbelül 12 éves légköri élettartamsal12. (A” 90-es szabály ” a HCFC-k és HFC-k kémiai képletére is vonatkozik.)

a CFC-k, egyes klórozott oldószerek és halonok használata a következő évtizedben elavulttá válik, ha a Montreali protokollt valamennyi fél betartja, és helyettesítő anyagokat használnak. A Montreali Jegyzőkönyv alapjául szolgáló tudomány az 1995-ös kémiai Nobel-díjat eredményezte. A díjat F. S. professzorok közösen ítélték oda. Rowland az Irvine-i Kaliforniai Egyetemről, M. Molina, a Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Paul Crutzen a Max-Planck-Institute for Chemistry, a Mainz, Németország, munkájukért a légköri kémia, különösen a kialakítása, a bomlás, az ózon (különösen a Cfc-k, valamint a nitrogén-oxidok).

1midgley, T., and Henne, A., szerves fluoridok hűtőközegként, ipari és mérnöki kémia, 22, 542-547, 1930.

2molina, M. J. és F. S. Rowland, sztratoszférikus mosogató klórfluor-metánokhoz: Klóratom katalizált pusztulása ózon, Természet, 249, 810-814, 1974.

3farman, J. C., B. G. Gardiner, and J. D. Shanklin, Large loss of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction, Nature, 315,207-210, 1985.

4mcelroy, M. B., R. J. Salawitch, S. C. Wofsy, and J. A. Logan, Reductions of Antarctic ozone due to synergistic interactions of klór and bróm, Nature, 321, 759-762, 1986.

5solomon, S., R. R. Garcia, F. S. Rowland, and D. J. Wuebbles, On the depletion of Antarctic ozone, Nature, 321, 755-758, 1986.

6montreal jegyzőkönyv az ózonréteget lebontó anyagokról, 15 pp, Egyesült Nemzetek Környezetvédelmi Programja (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, and J. G. Anderson, the seasonal evolution of reactive klór in the northern hemisphere stratosphere, Science, 261, 1134-136, 1993.

8Waters, J., L. Froidevaux, W. Read, G. Manney, L.Elson, D. virág, R. Jarnot és R. Harwood, Stratospheric ClO andozone from the Microwave Limb Sounder on the Upper Atmosphere Research Satellite, Nature, 362, 597-602, 1993.

9Elkins, J. W., T. M. Thompson, T. H. Swanson, J. H. Butler, B. D. Hall, S. O. Cummings, D. A. Fisher és A. G. Raffo, a légköri klórfluor-szénhidrogének növekedési ütemének csökkenése 11 és 12, Nature, 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, and P. G. Simmonds, Atmospheric trends and lifetimes of ch3ccl3 and global Oh concentrations, Science, 269, 187-192, 1995.

11montzka, S. A., R. C. Myers, J. H. Butler, S. C. Cummings, and J. W. Elkins, Global tropospheric distribution and calibration scale of 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, and A. H. Goldstein, Observations of HFC-134a in the remote troposphere, Geophysical Research Letters, 23, 169-172, 1996.

További olvasmány:

Cagin, S., and P. Dray, Between Earth and Sky: How CFC changed our world and threated the ozone layer, 512 pp., Pantheon Press, New York, 1993.

az Ózonhiány tudományos értékelése: 1994, szerkesztette: D. L. Albritton, R. T. Watson és R. J. Aucamp, 37, 451 pp., Meteorológiai Világszervezet (WMO), Genf, 1995.

1.ábra: a klórozott-fluorozott szénhidrogén-11 (CFC-11) felhalmozódása a légkörben az önkéntes és kötelező kibocsátáscsökkentések következtében lecsökken. Havi jelentése száraz keverési arányok részenként per billió (ppt) CFC-11 talajszinten négy NOAA/CMDL állomások (Pt. Barrow, Alaszka; Mauna Loa, Hawaii; Cape Matatula, Amerikai Szamoa; és a Déli-sark) és három együttműködési állomás (Alert, Northwest Territories, Kanada( Atmospheric Environment Service); Niwot Ridge, Colorado (University of Colorado); Cape Grim Baseline Air Pollution Station, Tasmania, Ausztrália, (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) 9. (A NOAA/CMDL jóvoltából)