(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. De används vid tillverkning av aerosolsprayer, jäsmedel för skum och förpackningsmaterial, som lösningsmedel och som kylmedel. CFC klassificeras som halokarboner, en klass av föreningar som innehåller atomer av kol och halogenatomer. Individuella CFC-molekyler är märkta med ett unikt numreringssystem. Till exempel anger CFC-antalet 11 antalet atomer av kol, väte, fluor och klor (t.ex. CCl3F som CFC-11). Det bästa sättet att komma ihåg systemet är ”regeln om 90” eller lägg till 90 till CFC-numret där den första siffran är antalet kolatomer (C), den andra siffran är antalet väteatomer (H) och den tredje siffran är antalet fluoratomer (F). Det totala antalet kloratomer(Cl) beräknas med uttrycket: Cl = 2 (C+1) – H – F. I exemplet har CFC-11 ett kol, inget väte, en fluor och därför 3 kloratomer.

kylskåp i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet använde giftiga gaser, ammoniak (NH3), metylklorid (CH3Cl) och svaveldioxid (SO2), som köldmedier. Efter en serie dödsolyckor på 1920 – talet när metylklorid läckte ut ur kylskåp började en sökning efter en mindre giftig ersättning som ett samarbete mellan tre amerikanska företag-Frigidaire, General Motors och du Pont. CFC syntetiserades först 1928 av Thomas Midgley, Jr.från General Motors, som säkrare kemikalier för kylskåp som används i stora kommersiella appilikationer1. Frigidaire utfärdades det första patentet, nummer 1 886 339, för formeln för CFC den 31 December 1928. 1930 bildade General Motors och du Pont Kinetic Chemical Company för att producera Freon (ett Du Pont-handelsnamn för CFC) i stora mängder. År 1935 hade Frigidaire och dess konkurrenter sålt 8 miljoner nya kylskåp i USA med Freon-12 (CFC-12) Tillverkad av Kinetic Chemical Company och de företag som var licensierade att tillverka denna förening. År 1932 Carrier Engineering Corporation används Freon-11 (CFC-11) i världen CBS första fristående hem luftkonditionering enhet, som kallas ”atmosfäriska skåp”.; På grund av CFC-säkerhetsrekordet för icke-toxicitet blev Freon det föredragna kylvätskan i stora luftkonditioneringssystem. Folkhälsokoder i många amerikanska städer reviderades för att beteckna Freon som det enda kylvätskan som kunde användas i offentliga byggnader. Efter andra världskriget användes CFC som drivmedel för buggsprayer, färger, hårbalsam och andra hälsovårdsprodukter. Under slutet av 1950-talet och början av 1960-talet möjliggjorde CFC en billig lösning på önskan om luftkonditionering i många bilar, hem och kontorsbyggnader. Senare, tillväxten i CFC användning tog fart över hela världen med topp, årlig försäljning på cirka en miljard dollar (USA) och mer än en miljon ton CFC produceras.

medan CFC är säkra att använda i de flesta applikationer och är inerta i den nedre atmosfären, genomgår de betydande reaktioner i den övre atmosfären eller stratosfären. 1974, två University of California kemister, Professor F. Sherwood Rowland och Dr. Mario Molina visade att CFC: erna kunde vara en viktig källa till oorganiskt klor i stratosfären efter deras fotolytiska sönderdelning genom UV-strålning. Dessutom skulle en del av det frigjorda kloret bli aktivt för att förstöra Ozon i stratosfären2. Ozon är en spårgas som ligger främst i stratosfären (se Ozon). Ozon absorberar skadlig ultraviolett strålning i våglängderna mellan 280 och 320 nm av UV-B-bandet vilket kan orsaka biologisk skada hos växter och djur. En förlust av stratosfärisk Ozon resulterar i mer skadlig UV-B-strålning som når jordens yta. Klor som frigörs från CFC förstör Ozon i katalytiska reaktioner där 100 000 molekyler ozon kan förstöras per kloratom.

en stor vårutarmning av stratosfärisk Ozon förvärrades varje följande år. Denna ozonförlust beskrevs 1985 av den brittiska forskaren Joe Farman och hans kollegor3. Det kallades av andra för den Antarktiska ozonhålet. Ozonhålet var annorlunda än ozonförlust i midlatituderna. Förlusten var större över Antarktis än midlatituderna på grund av många faktorer: de ovanligt kalla temperaturerna i regionen, den dynamiska isoleringen av detta ozonhål och de synergistiska reaktionerna av klor och brom 4. Ozonförlusten förbättras också i polära regioner som ett resultat av reaktioner som involverar polära stratosfäriska moln (PSC)5 och i midlatituder efter vulkanutbrott. Behovet av att kontrollera CFC blev brådskande.

1987 undertecknade 27 nationer ett globalt miljöavtal, Montrealprotokollet för att minska ämnen som bryter ned Ozonskiktet6, som hade en bestämmelse att minska 1986 produktionsnivåer av dessa föreningar med 50% före år 2000. Detta internationella avtal inkluderade begränsningar för produktion av CFC-11, -12, -113, -114, -115, och Halonerna (kemikalier som används som brandsläckningsmedel). En ändring som godkändes i London 1990 var mer kraftfull och krävde att produktionen skulle avskaffas år 2000. De klorerade lösningsmedlen, metylkloroformen (CH3CCl3) och koltetraklorid (CCl4) tillsattes till Londonändringen.

stora mängder reaktivt stratosfäriskt klor i form av klormonoxid (ClO) som bara kunde bero på CFC: s förstörelse av ozon i stratosfären observerades av instrument ombord på NASA ER-2-flygplanet och UARS (Upper Atmospheric Research Satellite) över vissa regioner i Nordamerika under vintern 19927,8. Miljöhänsyn för CFC följer av deras långa atmosfäriska livslängd (55 år för CFC-11 och 140 år för CFC-12, CCl2F2)9 som begränsar vår förmåga att minska deras överflöd i atmosfären och tillhörande framtida ozonförlust. Detta resulterade i Köpenhamnsändringen som ytterligare begränsade produktionen och godkändes senare 1992. Tillverkningen av dessa kemikalier slutade för det mesta den 1 januari 1996. De enda undantagen som godkändes var för produktion i utvecklingsländer och för vissa undantagna ansökningar inom medicin (dvs. astmainhalatorer) och forskning. Montrealprotokollet innehöll bestämmelser om verkställighet genom tillämpning av ekonomiska och handelsmässiga påföljder om ett undertecknande land handlar eller producerar dessa förbjudna kemikalier. Totalt 148 signatärländer har nu undertecknat Montrealprotokollet. Atmosfäriska mätningar CFC – 11 och CFC-12 rapporterade 1993 visade att deras tillväxttakt minskade till följd av både frivilliga och mandat minskningar av utsläpp9. Många CFC och utvalda klorerade lösningsmedel har antingen planat ut (Figur 1) eller minskat i koncentration av 19949,10.

efterfrågan på CFC: er tillgodoses genom återvinning och återanvändning av befintliga lager av CFC: er och genom användning av substitut. Vissa applikationer, till exempel avfettning av metaller och rengöringsmedel för kretskort, som en gång använt CFC använder nu halokarbonfria vätskor, vatten (ibland som ånga) och utspädda citronsyror. Industrin utvecklade två klasser av halokarbonersättningar-klorfluorkolväten (HCFC) och fluorkolväten (hfc). HCFC inkluderar väteatomer förutom klor, fluor och kolatomer. Fördelen med att använda HCFC är att väte reagerar med troposfärisk hydroxyl (OH), vilket resulterar i en kortare atmosfärisk livstid. HCFC – 22 (CHClF2) har en atmosfärisk livslängd på cirka 13 år11 och har använts i låg efterfrågan hem luftkonditionering och vissa kylapplikationer sedan 1975. HCFC innehåller dock fortfarande klor vilket gör det möjligt för dem att förstöra Ozon. Enligt Köpenhamnsförändringen ska produktionen avskaffas till år 2030. Hfc anses vara en av de bästa substituten för att minska stratosfärisk ozonförlust på grund av deras korta livslängd och brist på klor. I USA används HFC-134a i alla nya inhemska luftkonditioneringsapparater. Till exempel växer HFC-134a snabbt 1995 med en tillväxttakt på cirka 100% per år med en atmosfärisk livslängd på cirka 12 år12. (”Regeln om 90” gäller även för den kemiska formeln för HCFC och HFC.)

användning av CFC, vissa klorerade lösningsmedel och haloner bör bli föråldrade under det närmaste decenniet om Montrealprotokollet följs av alla parter och substitut används. Vetenskapen som blev grunden för Montrealprotokollet resulterade i Nobelpriset för kemi 1995. Priset delades ut Gemensamt till professorer F. S. Rowland vid University of California i Irvine, M. Molina vid Massachusetts Institute of Technology, Cambridge och Paul Crutzen vid Max-Planck-Institute for Chemistry i Mainz, Tyskland, för deras arbete inom atmosfärisk kemi, särskilt när det gäller bildning och sönderdelning av ozon (i synnerhet av CFC och kväveoxider).

1Midgley, T. och Henne, A., organiska fluorider som köldmedier, industriell och teknisk kemi, 22, 542-547, 1930.

2Molina, MJ och FS Rowland, stratosfärisk diskbänk för klorfluormetaner: Kloratom katalyserad förstörelse av ozon, Natur, 249, 810-814, 1974.

3Farman, JC, bg Gardiner och JD Shanklin, stora förluster av total Ozon i Antarktis avslöjar säsongsmässig ClOx/NOx-interaktion, Natur, 315,207-210, 1985.

4McElroy, MB, Rj Salawitch, SC Wofsy och ja Logan, minskningar av Antarktisk Ozon på grund av synergistiska interaktioner mellan klor och brom, Nature, 321, 759-762, 1986.

5Solomon, S., R. R. Garcia, F. S. Rowland och D. J. Wuebbles, om uttömning av Antarktisk Ozon, Natur, 321, 755-758, 1986.

6Montreal protokoll om ämnen som bryter ned ozonskiktet, 15 pp, FN: s miljöprogram (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 och J. G. Anderson, säsongsutvecklingen av reaktivt klor på stratosfären på norra halvklotet, Science, 261, 1134-1136, 1993.

8Waters, J., L. Froidevaux, W. Läs, G. Manney, L. .Elson, D. blomma, R. Jarnot och R. Harwood, Stratospheric ClO andozone från Mikrovågslemmen på den övre Atmosfärforskningssatelliten, 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 och A. G. Raffo, minskning av tillväxttakten för atmosfäriska klorfluorkarboner 11 och 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 och P. G. Simmonds, Atmosfärstrender och livstider för CH3CCl3 och globala OH-koncentrationer, vetenskap, 269, 187-192, 1995.

11Montzka, S. A., R. C. Myers, J. H. Butler, S. C. Cummings och J. W. Elkins, Global troposfärisk distributions-och kalibreringsskala för HCFC-22, geofysiska forskningsbrev, 20 (8), 703-706, 1993.

12Montzka, sa, RC Myers, JH Butler, jw Elkins, Lt Lock, ad Clarke och Ah Goldstein, observationer av HFC-134a i den avlägsna troposfären, geofysiska forskningsbrev, 23, 169-172, 1996.

föreslog ytterligare läsning:

Cagin, S. Och P. Dray, mellan jord och himmel: hur CFC förändrade vår värld och hotade ozonskiktet, 512 pp., Pantheon Press, New York, 1993.

vetenskaplig bedömning av Ozonnedbrytning: 1994, redigerad av D. L. Albritton, R. T. Watson och R. J. Aucamp, 37, 451 pp., Världsmeteorologiska organisationen (WMO), Geneve, 1995.

Figur 1: ackumuleringen av klorfluorkarbon-11 (CFC-11) i atmosfären nivåer av som ett resultat av frivilliga och mandat utsläppsminskningar. Månatliga medel rapporterade som torra blandningsförhållanden i delar per biljon (ppt) för CFC-11 på marknivå för fyra NOAA/CMDL-stationer (Pt. Barrow, Alaska; Mauna Loa, Hawaii; Cape Matatula, Amerikanska Samoa; och Sydpolen) och tre kooperativa stationer (Alert, Northwest Territories, Kanada( Atmospheric Environment Service); Niwot Ridge, Colorado (University of Colorado); Cape Grim Baseline Air Pollution Station, Tasmanien, Australien, (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) 9. (Med tillstånd av NOAA / CMDL)