Чтобы оценить уровень угрозы от искусственных газов мне пришлось полазить по зарубежным сайтам (на российских информации по этой теме нет), что позволило сформировать ясную итоговую картину. К искусственным газам относят гидрофторуглероды (ГФУ), гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), перфторуглероды (ПФУ), гексафторид серы (SF6), хлорфторуглероды (ХФУ) и трифторид азота (NF3). По иронии судьбы эти соединения одновременно и очень сильные (парниковое воздействие в тысячи раз больше воздействия СО2 той же массы), и (большинство) чрезвычайно долгоживущие. Например, трифторид азота выводится из атмосферы за 700 лет, гексафторид серы - за 1000 - 3000, а перфторметан (CF4) - за 50 тысяч лет!
К счастью, эти соединения выделяются человечеством в очень малых количествах:
Содержание ГФУ в атмосфере составляет 1,5% в процентах от общего объема всех парниковых газов, выраженных в CO2-экв. Годовые выбросы Ф-газов (ГФУ, SF6 и ПФУ) составляют 2,4% в процентах от шести парных газов (CO2, N2O, CH4, ГФУ, SF6 и ПФУ) [1 и 2].
Тут важно отметить, что 1,5 % - это накопленное суммарное воздействие, а 2,4 % отражает текущие выбросы, которые для ГФУ резко выросли в последние годы. К тому же эти цифры могли быть получены в разные годы.
Подробнее по газам
Среди перфторуглеродов основное значение имеет перфторметан (CF4), который по иронии судьбы ещё и самый долгоживущий. Его парниковый потенциал - 6630 единиц (для сравнения, потенциал СО2 равен 1)(ссылка). Концентрация этого газа в атмосфере составляет около 90 ppt (частиц на триллион) с постоянной скоростью роста на уровне примерно 1 ppt в год (ссылка). Динамика концентрации двух главных перфторуглеродов:
Перфторметан:
Данные из зарубежных источников, найти которые оказалось не просто, дают очень низкий вклад ПФУ в общий антропогенный парниковый эффект, а также в парниковый эффект, вызванный всеми содержащими фтор газами вместе взятыми:
• ОРВ внесли 0,32 Вт/м2 (13%) в прямое радиационное воздействие всех хорошо перемешанных парниковых газов по сравнению с доиндустриальными временами. В этом вкладе преобладают ХФУ. Текущий (2003 г.) вклад ГФУ и ПФУ в общее радиационное воздействие долгоживущих парниковых газов составляет 0,0083 Вт м–2 (0,31%) и 0,0038 Вт м–2 (0,15%) соответственно. • На основе выбросов, указанных в главе 11 настоящего отчета, предполагаемое радиационное воздействие ГФУ в 2015 году находится в диапазоне 0,019–0,030 Вт·м–2 по сравнению с диапазоном 0,022–0,025 Вт·м–2 на основе прогнозов МГЭИК. Специальный отчет о сценариях выбросов (SRES). Согласно прогнозам СДСВ, радиационное воздействие ГФУ и ПФУ соответствует примерно 6–10% и 2%, соответственно, от общего расчетного радиационного воздействия, вызванного ХФУ и ГХФУ в 2015 году. • Прогнозы выбросов в более длительных временных масштабах становятся все более неопределенными. из-за растущего влияния неопределенности в технологических практиках и политике. Однако, исходя из диапазона сценариев выбросов SRES, вклад ГФУ в радиационное воздействие в 2100 году может варьироваться от 0,1 до 0,25 Вт/м2, а ПФУ – от 0,02 до 0,04 Вт/м2. Для сравнения, воздействие диоксида углерода (CO2) в этих сценариях варьируется от примерно 4,0 до 6,7 Вт/м2 в 2100 году. •
Последняя часть этого текста, где описан прогноз, очевидно, не учитывает недавнее ускорение развития ВИЭ и более амбициозные цели по снижению выбросов, так как соответствует сценариям без резкого снижения выбросов. При этом по моим подсчетам, основанным на разности концентраций и силе парникового эффекта, нынешняя концентрация перфторметана соответствует добавлению 0,6 ppm СО2, что эквивалентно примерно двум месяцам роста концентрации этого газа и примерно 1 - 1,5 месяцам роста всех парниковых газов (кроме водяного пара) вместе взятых. Но данный подсчет не учитывает, что это фторсодержащее вещество было в атмосфере Земли в заметных количествах (вроде читал о 20 ppt) и в доиндустриальную эпоху, поэтому вклад этого соединения в глобальное потепление может быть и ещё меньше.
Таким образом, вклад CF4 довольно незначительный и не представляет угрозы в обозримой перспективе. Однако он суммируется с вкладом базовых парниковых газов, слегка усиливая общий парниковый эффект, и не снизится с течением времени даже после полного обнуления выбросов. Кроме того, на графике заметна тенденция к ускорению роста концентрации.
Основной источник выброса перфторметана - это выплавка первичного алюминия. Постепенно объёмы выплавки увеличиваются, но совершенствуются и системы очистки выбросов. В результате общий выброс можно считать постоянным, что подтверждается монотонным увеличением концентрации этого газа. Запасы алюминия в земных недрах не безграничны, а учетом роста потребления могут истощиться довольно скоро (см. скрин ниже).
То есть, основной источник перфторметана может иссякнуть уже через 50 - 100 лет. К тому же алюминий можно использовать повторно, причем любое количество раз, что уменьшает необходимость в выплавке первичного алюминия, при которой и выделяется CF4. Постепенно доля вторичного алюминия в обороте будет увеличиваться, а потребность в нем может уменьшиться, так как будущие поколения будут экологически более ориентированными и будут меньше потреблять. И тогда вообще отпадет потребность в выплавке первичного алюминия. Но возможно, есть (или появятся в будущем) и другие технологии выплавки этого металла из руды, без выделения перфторметана.
Также имеет значение и выплавка редкоземельных металлов, запасы которых тоже ограничены, но насколько именно, мне сходу найти не удалось.
Однако если выбросы этого газа останутся на текущем уровне, то через 50000 лет, при условии, что весь газ оставался бы в атмосфере (на самом деле, конечно, будет не так), его вклад в потепление вырастет в 500 раз, достигнув нынешнего уровня воздействия всех антропогенных парниковых газов (включая СО2) вместе взятых.
Перфторэтан (C2F6)- это второй по значимости перфторуглерод. Вот что о нем написано в зарубежной Википедии:
Из-за высокой энергии связей CF гексафторэтан почти инертен и, таким образом, действует как чрезвычайно стабильный парниковый газ со сроком жизни в атмосфере 10 000 лет (другие источники: 500 лет). Он имеет потенциал глобального потепления (ПГП) 9200 и потенциал разрушения озона (ODP) 0. Гексафторэтан включен в список парниковых газов МГЭИК.
До промышленного производства гексафторэтан не существовал в значительных количествах в окружающей среде. В начале XXI века концентрация гексафторэтана в атмосфере достигла 3 pptv.[5] Его полосы поглощения в инфракрасной части спектра вызывают радиационное воздействие около 0,001 Вт/м2.
Таким образом, влияние CF4 (как и перфторуглеродов в целом) на климат, несмотря на огромный срок жизни, вряд ли когда-либо достигнет значительной величины, а в ближайшие 100 лет - тем более.
Гексафторид серы выделяется в электроэнергетических сетях, согласно данным отсюда. Его парниковый потенциал самый большой среди всех известных парниковых газов - 24300 единиц (из расчета на 100-летний период). В год выделяется до 10 гигаграммов соединения, причем выбросы постепенно увеличиваются. По данным зарубежной Википедии, доля SF6 в общем глобальном потеплении составляет всего около 0,2 %. По моим подсчетам, вклад этого газа в парниковый эффект эквивалентен добавлению примерно 0,26 ppm CO2. Но при этом источник этого газа сам собой не исчезнет. Кроме того, в отличие от перфторметана, данная концентрация была набрана за гораздо более короткий промежуток времени, поэтому радиационное воздействие данного вещества может расти намного быстрее, чем у CF4. Однако, как написано в статье по ссылке выше, уровень утечек можно свести к минимуму и даже полностью прекратить выброс при использовании иного оборудования в электросетевой отрасли. Наверняка в ближайшие 100 лет это будет сделано.
Хлорфторуглероды сейчас практически не выделяются в атмосферу, и их концентрация медленно снижается (см. рис. ниже).
С точки зрения воздействия на климат это снижение во многом компенсирует рост концентрации других долгоживущих искусственных парниковых газов, о которых я написал выше. Однако это далеко не равнозначная замена, так как те (кроме ГХФУ и ГФУ) живут гораздо дольше, чем ХФУ. Продолжительность жизни ХФУ в атмосфере составляет первые сотни лет.
Гидрофторуглероды (как и гидрохлорфторуглероды) выводятся из атмосферы достаточно быстро (кроме ГФУ-23), и могут быть заменены другими газами, поэтому особой угрозы для будущего климата не представляют.
Трифторид азота выделяется в крайне малых количествах, а потому почти не фигурирует в статьях про искусственные парниковые газы. Его влиянием на климат можно пренебречь.
Идеи по удалению из атмосферы
Долгоживущие парниковые газы сами по себе практически не удаляются из атмосферы и способны надолго изменить климат Земли. Однако у меня есть идеи, как можно ускорить их выведение. Первая заключается в установке в каком-нибудь ветренном каньоне реактора с реагентом, попадая на который молекулы этих газов будут превращаться в безвредные соединения. Другая идея состоит в выбросе в стратосферу молекул реагента, который будет вступать в реакцию с парниковым газом, постепенно снижая его концентрацию в атмосфере.
...
См. также: