ニューサウスウェールズ大学の科学者らは、普及している新冷媒（HFO）が分解すると、強い地球温暖化係数を持つ温室効果ガスであるフッ化物が微量に生成されることを発見した。革新的な大気モデリング技術を使用して行われたこの発見は、これらの化学物質が環境に与える影響について新たな視点を求めることになります。
ニューサウスウェールズ大学の科学者らは、環境に優しい冷媒として販売されているハイドロフルオロオレフィンが有害な温室効果ガスに分解されることを発見し、長期的な環境への影響に対する懸念を引き起こしている。科学者チームは、最も重要な新しい冷媒の一部が部分的に分解されて、国際的に禁止されている化合物を含む残留性温室効果ガス汚染物質になることを発見した。
冷媒は、液体と気体の状態の間で変化し、その過程で熱を伝達する化学物質です。それらは冷蔵庫だけでなく部屋の暖房や冷房にも広く使用されています。さらに、これらの化学物質はエアロゾル噴射剤や難燃剤として、また発泡プラスチックの製造にも使用されます。
ヒドロフルオロオレフィン (HFO) は、下層大気中で急速に反応するため、冷媒の主要な合成化学物質となっており、以前のものよりも環境に優しい代替品と考えられています。
ハイドロフルオロオレフィンは、トリフルオロアセトアルデヒドなどの化学物質に分解されることが知られていますが、この化合物がさらにフルオロメタンに分解されるかどうかについては、最も環境に有害なハイドロフルオロカーボン（HFC）の代替品として使用されるかどうかについて議論されています。
ニューサウスウェールズ大学化学科のクリストファー・ハンセン博士が主導し、Journal of the American Chemical Societyに掲載された論文は、ヒドロフルオロオレフィンが実際に少量のフッ化物に分解することを実証しています。この新しい研究は、HFO の環境への影響をより詳しく調べる必要があることを示しており、その長期的な安全性について疑問を投げかけています。
ハンセン博士は、「HFOsの環境への影響はまだ完全に理解できていない。しかし、クロロフルオロカーボンや有鉛ガソリンなどのこれまでの例とは異なり、私たちは環境や人間の健康に取り返しのつかない危害を及ぼす可能性がある前に、大規模な排出の影響を理解しようとしている。私たちは科学が新製品を導入する方法を変えようとしている。」と述べた。
オゾンホールは、冷媒やエアゾール缶に使用された最も初期の合成化学物質の一部であるクロロフルオロカーボン（CFC）を含む、オゾン層破壊化学物質を人間の活動が放出することによって引き起こされます。
モントリオール議定書のおかげで、国際社会は 1990 年代半ばから世界中で CFC を段階的に廃止し、ハイドロフルオロカーボン (HFC) に置き換え始めました。
HFC はオゾン層破壊には寄与しませんが、強力な温室効果ガスです。 「最終的に科学者らは、現在放出されるフルオロホルム（かつては一般的に使用されていたHFC）1キログラムが、次の1世紀にわたって地表を温暖化させる二酸化炭素1万4000キログラム以上に相当することを発見した」とハンセン博士は述べた。
HFC が温室効果に大きく寄与していることが認識され、世界的な HFC の段階的廃止が 2016 年に始まりました。
大気中での寿命が短いヒドロフルオロオレフィンは、主要な合成代替品となり、冷媒、発泡剤（断熱フォームに使用されるものなど）、およびエアロゾル噴射剤として急速に普及しています。
科学者は HFO が分解される化学経路についてある程度のことは知っていますが、実際に HFO が最も環境に優しくない HFC に分解されるかどうかについては議論があります。
ヒドロフルオロオレフィンは、以前の対応物よりも反応性の高い化学単位で構成されているため、大気上層に上昇して長期にわたる温室効果ガスになることはありません。
「しかし、化学者として、私たちはこれらの分子の構造を観察し、それらがどのようになるかを想像しようと試み始めます」とハンセン氏は語った。 「だから、『ああ、この物質の寿命はたったの2週間だ、温室効果ガスであるはずがない、それがどうなるかを見なければならない』と言うわけにはいかない。ほとんどの化学者はこれらの構造を調べ、実際にハイドロフルオロカーボンを作る反応を解明できるだろう。」
しかし、HFO が低収率で HFC に分解されるかどうかを確認するには、困難な実験が必要であり、既存の技術や機器のほとんどには、それを行うための感度と特異性が欠けています。ハンセン氏と彼のチームは、この研究のために特別に発明された 2 つを含むさまざまな技術を使用して、予想される圧力の範囲にわたって大気中の化学反応を測定および評価しました。
「反応を観察するために、さまざまな分光技術を使用しました。また、微量のヒドロフルオロオレフィンの直接分解生成物によって汚染された雰囲気をシミュレートするために、さまざまな圧力のガス混合物を作成しました」とハンセン氏は述べました。 「次に、レーザーを使用して太陽からの光子をシミュレートし、反応を促進しました。」
トリフルオロアセトアルデヒドなどのフッ素化カルボニル化合物に分解されるヒドロフルオロオレフィンの収率は 100% に達するか、それを超える可能性があることがわかっています。これは、すべての HFO 分子が最初の生成物となり、一部の HFO では、HFO 分子が分解されるごとに 2 つの生成物が得られることを意味します。この研究は、反応の次のステップで、光の存在下でトリフルオロアセトアルデヒドが分解して少量のフルオロホルムが生成されることを示しています。フルオロメタンは、地球温暖化係数が最も大きいハイドロフルオロカーボンです。
「我々は、最も重要なHFOの一部が実際にHFCに分解されることを包括的に実証し、大規模排出の影響をモデル化および予測するための最初の決定的な科学データを提供した」とハンセン氏は述べた。 「この反応で生成されるフルオロメタンは少量しかありませんが、この化学物質は最長 200 年間大気中に残留する可能性があり、地球温暖化係数は CO2 の 14,000 倍以上です。生成される量が少量であっても、重大な影響を与える可能性があります。」
大気の危機の多くは私たちが気づかないうちに起こります。 「有鉛ガソリン、20世紀の致命的なスモッグ現象、オゾンホール危機を考えてみてください。しかし、それは私たちのモデルが十分ではないからではなく、重要な化学成分がモデルから欠落しているからです。」と彼は言いました。
この研究は長年にわたる論争を解決し、政策立案者が新たな環境危機に対応する必要がある前に、HFOの大規模排出の影響をモデル化し予測するために必要な決定的な科学データを提供することになる。
UNSW の気候モデリング グループは、世界中の科学者と協力して、HFO の継続使用による環境への影響の計算を支援するために、このデータをモデルに入力する準備ができています。
疑問は残るものの、この論文は、私たちが大気中に排出する化学物質が環境に与える影響に対処する次のステップに向けた重要な証拠を提供します。チームはさらに新しい実験的な作業を計画しています。 「この論文では、規制当局、業界、政府を指導する研究で現在使用されている波長である単一の波長を使用して実験を行った」とハンセン氏は述べた。 「他の波長の光では収率が高くなるか低くなる可能性があるため、この化学反応を研究するために他の波長の光を使用する予定です。」 」
/ScitechDaily から編集