Озоновый слой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Озоновая дыра: история обнаружения

2. Меры по сохранению озонового слоя в мире

3. Меры по сохранению озонового слоя в России

4. Озоноразрушающие вещества и экологически безопасные альтернативы

5. Европейский опыт F-регулирования

Заключение

Список использованной литературы

Введение

16 сентября на нашей планете отмечается Международный день охраны озонового слоя. Основу этой памятной дате заложил Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, который был подписан 16 сентября 1987 года. В 1987 году 36 стран мира, в том числе и Россия (СССР), подписали документ, согласно которому страны-участники должны ограничить и полностью прекратить производство озоноразрушающих веществ. В рамках Монреальского протокола удалось запретить производство и потребление 100 видов химикатов, разрушающих озоновый слой. В послании по случаю Международного дня охраны озонового слоя Генеральный секретарь Пан Ги Мун заявил, что озоновый слой в течение десятилетий подвергался "массированной химической атаке", а поэтому его восстановление требует длительного времени. Глава ООН напомнил, что Монреальский протокол служит основой для реализации совместных усилий в борьбе с истощением уязвимого защитного щита Земли и способствует борьбе с изменением климата, поскольку многие химические вещества, контролируемые договором, были признаны также источниками глобального потепления.

Впервые озоновая дыра была обнаружена в Антарктике в 1980-е годы. Она начинает формироваться в августе, достигает максимального размера в сентябре-октябре и исчезает к декабрю. Появление озоновых дыр ученые связали с широким применением в практике озоноразрушающих веществ, в частности фреонов и хлорфторуглеродов.

К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона.

1. Озоновая дыра: история обнаружения

Концентрация стратосферного озона стала предметом серьезного изучения лишь в 70-80-х годах прошлого столетия. Вред, который наносит озоновому слою утечка в атмосферу таких веществ, как хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), был обнаружен почти случайно.

В 1974 году химики из Калифорнийского университета Марио Молина (Mario Molina) и Фрэнк Шервуд Роланд (Frank Sherwood Rowland) предположили, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие, как повсеместно использовавшиеся в то время хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон. Незадолго до этого с похожей гипотезой, касающейся, правда, другого вещества - закиси азота - выступил голландский физик Пол Крутцен (Paul Crutzen).

К тому времени были накоплены данные, согласно которым количество поступающего на Землю ультрафиолетового излучения значительно возросло по сравнению с 1925 годом. Опасность ультрафиолета для живых организмов уже была хорошо изучена. Было достоверно установлено, что повышение интенсивности УФ-излучения затрудняет процесс фотосинтеза у растений и ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур; от ультрафиолета гибнет фитопланктон - кормовая база обитателей Мирового океана; негативно влияет интенсивное УФ-излучение и на человека - растет восприимчивость к болезням, изменяется структура и пигментация кожи, повышается вероятность возникновения болезней глаз, раковых заболеваний, повреждения молекул ДНК.

Однако связь этих воздействий с разрушением озона вследствие человеческой деятельности казалась неочевидной. Производители хладагентов и часть ученых выступили с жесткой критикой гипотезы, отрицая само существование проблемы озоновых дыр. Доказательства правоты Крутцена, Роланда и Молины были получены в 1985 году. Анализ данных, собранных в рамках программы Антарктического управления Великобритании, показал, что значение наименьшей концентрации озона, обычно наблюдаемой в стратосфере над Антарктидой в середине октября, за период с 1975 по 1984 годы снизилось на 40%. Постепенно были установлены некоторые закономерности этого явления. В Южном полушарии сентябрь и октябрь -- первые весенние месяцы, в это время солнце после долгой полярной зимы появляется над горизонтом и инициирует множество фотохимических реакций между молекулами озона и атомами хлора и брома, выделившихся из попавших в стратосферу органических соединений природного и антропогенного происхождения. Так гипотеза, высказанная десятью годами ранее, получила практическое подтверждение.

Результаты исследований, говорящие о существовании озоновой дыры в атмосфере, оказались пугающими и невероятными для ученых США, проводивших мониторинг озонового слоя при помощи сложных спутниковых систем. Первоначально проведенный ими анализ не показал никаких изменений в озоновом слое, но после повторного изучения данных со спутников его истощение было подтверждено. Уже тогда ученым было понятно: чтобы из атмосферы исчезли озоноразрушающие вещества и проблема озоновых дыр на Земле была бы решена, потребуются десятилетия.

2. Меры по сохранению озонового слоя в мире

Убедительное подтверждение уменьшение концентрации стратосферного озона заставил мировое сообщество задуматься над тем, как сохранить озоновый слой Земли. В 1985 году в Вене была созвана конференция, участники которой согласились с необходимостью принятия мер по защите озонового слоя. Характер Венской конвенции 1985 года не предусматривал каких-либо конкретных действий со стороны присоединившихся к ней стран. Год спустя охрана озонового слоя вновь стала предметом многосторонних переговоров. Канада, США, Норвегия, Финляндия, Австралия и Судан считали, что выход -- в замораживании их производства и в значительном ограничении потребления. Большинство европейских стран было согласно только на ограничение производства. Развивающиеся страны выступали против принятия каких-либо административных мер, так как опасались, что они могут стать препятствием для развития промышленности. СССР и Япония придерживались сходной позиции, а практически все крупнейшие производители ОРВ были категорически против принятия любых ограничений.

С 1985 года охрана озонового слоя стала одним из важных направлений деятельности для многих стран мира. Поиски консенсуса в ходе продолжительных и трудных переговоров и консультаций завершились 16 сентября 1987 года, когда тридцать шесть стран подписали документ, получивший название «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой». В последующие годы были приняты четыре поправки к Монреальскому протоколу, скорректировавшие (в сторону ужесточения) обязательства, вытекающие из этого международного документа. По состоянию на сегодняшний день сторонами Венской конвенции и Монреальского протокола являются 197 стран, Лондонской поправки (1990 г.) -- 196 стран, Копенгагенской поправки (1992 г.) -- 195 страны, Монреальской поправки (1997 г.) -- 188 страна, Пекинской поправки (1999 г.) -- 175 стран.

Монреальский протокол учитывает технологический и экономический уровни различных стран. Поскольку принятие мер по защите озонового слоя (прежде всего--отказ от ОРВ), требовало много времени и средств, развивающимся странам была предоставлена отсрочка. Тем не менее, вещества с наибольшим озоноразрушающим потенциалом (ОРП) - хлорфторуглероды (ХФУ) и галлоны (бромхладоны) - практически полностью выведены из обращения. Все это время не прекращались наблюдения за стратосферным озоном, позволившие сделать вывод о действенности предпринятых мер по охране озонового слоя. Минимум концентрации был достигнут в 1997 году, что вполне объяснимо -- газы из нижних слоев атмосферы попадают в верхние ее слои с задержкой в несколько лет. После 1997 года начал наблюдаться постепенный рост концентрации озона. При этом, максимум концентрации хлора в атмосфере был отмечен в 1993 году, и за последние годы его содержание снизилось на 15%. Конечно, об отсутствии ХФУ в атмосфере и полном восстановлении озонового слоя говорить еще рано -- например, время жизни в атмосфере R12, производство которого прекратилось только к 1 января 2010 года, а заправленное им оборудование продолжает работать, составляет около ста лет. Тем не менее, наблюдения дают понять, что сохранение озонового слоя - задача выполнимая при условии участия в ее решении всех государств планеты.

В 2007 году Сторонами Монреальского протокола было принято решение об ускорении вывода из обращения ГХФУ. Изначально предполагавшийся график поэтапного вывода из оборота ГХФУ был «ускорен», в результате чего все развитые страны (включая Российскую Федерацию) должны к 2015 году сократить объем производства и потребления ГХФУ на 90% от базового уровня, что составит для нашей страны предельный уровень в 399,6 т ОРП.

3. Меры по сохранению озонового слоя в России

Подписав Монреальский протокол, Россия взяла на себя определенные обязательства по решению проблемы истощения озонового слоя. Производство в Российской Федерации озоноразрушающих веществ (ОРВ), было прекращено в конце 2000 года. К этим веществам относятся: хлорфторуглероды (ХФУ), четыреххлористый углерод (ЧХУ), метилхлороформ (МХФ), галоны и бромистый метил. Именно эти вещества являются основной причиной истощения озонового слоя. В настоящее время перед нашей страной стоит задача выполнения второго этапа Монреальского протокола - обеспечение поэтапного вывода из обращения ОРВ, перечисленных в приложении C к Монреальскому протоколу, т.е. - гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ). В конце октября 2009 года в Министерстве природных ресурсов и экологии Российской Федерации прошла конференция, посвященная ограничению оборота веществ, способствующих разрушению озонового слоя Земли. В ее рамках были разработаны предложения к Плану поэтапного сокращения производства и потребления ГХФУ, предусматривавшие внедрение системы квотирования производства и ввоза этих веществ, а также поэтапного сокращения их потребления в ряде секторов российской экономики.

Задержки с утверждением квот на импорт ОРВ и отсутствие собственного производства самого популярного ГХФУ - R22 привели к дефициту этого и других хладонов уже к концу февраля 2010 года. Отсутствие понимания серьезности проблемы истощения озонового экрана и недостаток доступной информации о перспективах ГХФУ в качестве приемлемого технического решения для многих видов применения привел к тому, что на протяжении последних лет возросли объемы потребления этих хладонов, являющихся, хотя и в меньшей степени, чем ХФУ, причиной разрушения озонового экрана, а кроме того, обладающих большим потенциалом глобального потепления (ПГП). В частности, на территории страны был осуществлен перевод значительной части стратегических хранилищ продовольствия на R22 в многочисленных супер- и гипермаркетах, на продуктовых складах и терминалах было установлено новое холодильное оборудование, заправленное этим хладагентом.

То же касается и кондиционеров, особенно бытовых: недорогое в эксплуатации и обслуживании, надежное оборудование на R22 различных производителей (преимущественно - азиатских) ввозилось (и, заметим, ввозится вплоть до настоящего времени) в нашу страну в объеме миллионов единиц. И чем большими запретами такое оборудование обрастало в развитых странах, тем доступнее оно становилось для нашего рынка. В сезон 2010 года, когда лето преподнесло жаркий сюрприз почти на всей Европейской части России, наблюдался рост продаж кондиционирующего оборудования, работающего на R22. Эти же тенденции наблюдались в 2011 году и, по всей видимости, продолжатся в 2012 году. Необходимость дальнейшего ремонта и сервисного обслуживания холодильного и климатического оборудования, а также обеспечения функционирования мощностей по производству теплоизоляционных изделий и материалов создало предпосылки для нелегального ввоза ГХФУ, чему способствовали отсутствие специальной аппаратуры для обнаружения и идентификации хладонов на таможенных постах и недостаточный уровень подготовки таможенных сотрудников.

К сожалению, универсальной альтернативы самому массовому ГХФУ - R22, способной его заменить во всех видах климатической и холодильной индустрии, нет. Приемлемой с экологической точки зрения (то есть, не способствующей ни деградации озонового слоя, ни возникновению парникового эффекта) альтернативой ГХФУ остаются природные хладагенты, такие, как диоксид углерода, аммиак и углеводороды (пропан, изобутан). Однако у каждого из них есть свои недостатки: углекислотная система требует рабочего давления не ниже 80 бар, аммиак ядовит и горюч, углеводороды взрывоопасны.

В сфере производства вспененных материалов опробованы технологии с использованием альтернативных вспенивающих агентов, практически не уступающих ГХФУ по потребительским свойствам: такие, как диоксид углерода в жидком виде или в смеси с этанолом или водой, пентан и циклопентан, и технологии работы с ними давно отработаны. Проблемы могут возникнуть лишь при техническом перевооружении предприятий, т.к. для его осуществления потребуется замена технологического оборудования и оснастки. В рамках Проекта ЮНИДО/ГЭФ - Минприроды России предполагается оказать содействие ряду промышленных предприятий по выводу ГХФУ из оборота и переходу на безопасные для озонового слоя и климата планеты природные вещества. Для осуществления этой стратегии потребуется реализация целого комплекса мер: конверсия предприятий, обучение и сертификация монтажников и специалистов, создание предприятий для сбора, регенерации и утилизации ГХФУ и других видов ОРВ, составление реестра существующих банков ОРВ и обеспечение функционирования ряда секторов российской экономики в переходный период.

4. Озоноразрушающие вещества и экологически безопасные альтернативы

До тех пор, пока не было обнаружено, что озоновый слой разрушается вследствие выбросов в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ), эти вещества активно использовались в холодильной и климатической технике. В 1990-х годах в холодильном и климатическом оборудовании, а также в производстве пеноматериалов стали активно применяться гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), рассматривавшиеся в то время в качестве вполне приемлемой переходной альтернативы ХФУ. Эти озоноразрушающие вещества были включены в Приложение С к Монреальскому протоколу, и для них были установлены меры регулирования. Предполагалось, что использование ГХФУ, являющихся, как и ХФУ, озоноразрушающими веществами, но имеющих значительно меньший, чем у ХФУ, озоноразрушающий потенциал (ОРП), будет временной мерой, а в последующем их производство и потребление также будет ликвидировано в рамках Монреальского протокола.

Однако опасность ГХФУ заключается не только в их способности разрушать озоновый слой, но и в том, что они обладают высоким потенциалом глобального потепления (ПГП), и на основании этого отнесены к парниковым газам. Парниковыми газами являются и гидрофторуглероды (ГФУ), рассматривавшиеся ранее в качестве озонобезопасной замены ГХФУ, и их использование способно принести заметный вред окружающей среде. В рамках Проекта ЮНИДО/ГЭФ по поэтапному выводу из оборота ГХФУ предполагается исключить данные озоноразрушающие вещества из производства и осуществить переход на альтернативные холодильные и вспенивающие агенты, не обладающие ПГП.

Аммиак (R717).

Аммиак не является газом, разрушающим озоновый слой (ОРП = 0), он также не вносит прямого вклада в увеличение парникового эффекта (ПГП = 0). По термодинамическим свойствам аммиак - один из лучших хладагентов: по объемной холодопроизводительности он значительно превышает R12, R11, R22 и R502, имеет более высокий коэффициент теплоотдачи, что позволяет применять в теплообменных аппаратах трубы меньшего диаметра. Пары аммиака легче воздуха, он хорошо растворяется в воде (один объем воды может растворить 700 объемов аммиака, что исключает замерзание влаги в системе).

Из-за резкого запаха аммиака появление течи в холодильной системе легко обнаруживается органолептически обслуживающим персоналом. Особенность аммиака как хладагента - более высокое значение температуры нагнетания по сравнению с R22 и R12. В связи с этим предъявляются жесткие требования к термической стабильности холодильных масел, используемых в сочетании с аммиаком в течение длительного времени при эксплуатации установки. Кроме того, следует учитывать, что аммиак вреден для здоровья человека, предельно допустимая концентрация в воздухе - 0,02 мг/дм ³, что соответствует объемной доле 0,0028%. В соединении с воздухом при объемной доле 1626,8% и наличии открытого пламени аммиак взрывоопасен.

Диоксид углерода (R744).

Углекислый газ (СО ₂) - дешевое нетоксичное, негорючее и практически экологически чистое вещество (ОРП = 0, ПГП = 1). Его преимущества: низкая цена, простое обслуживание, совместимость с минеральными маслами, электроизоляционными и конструкционными материалами. Вместе с тем, при использовании диоксида углерода требуется водяное охлаждение конденсатора холодильной машины, увеличивается металлоемкость холодильной установки (по сравнению с металлоемкостью установок, работающих на галоидопроизводных хладагентах). Перспективно применение диоксида углерода в низкотемпературных двухкаскадных установках и системах кондиционирования воздуха автомобилей и поездов, а также в бытовых холодильниках и тепловых насосах.

Пропан (R290).

Пропан нетоксичен, характеризуется низкой стоимостью, имеет хорошие экологические характеристики (ОРП = 0, ПГП = 3). При использовании данного хладагента не возникает проблем с выбором конструкционных материалов деталей компрессора, конденсатора и испарителя. Пропан хорошо растворяется в минеральных маслах.

Принципиальный недостаток пропана - пожароопасность. Кроме того, габариты компрессора при использовании пропана будут больше, чем у компрессора аналогичной холодопроизводительности на R22. Пропан можно сразу же запускать в систему, где до этого применялся озоноопасный хладагент. Он работает с теми же минеральными маслами, требует такой же электроизоляции, тех же уплотняющих материалов, труб того же диаметра. Как показали исследования, в этом случае теряется до 10% холодопроизводительности, если в системе ранее был R22, и 15% - если R502. Процедура сервисного обслуживания практически не изменяется.

Изобутан (R600a).

Этот природный газ не является разрушителем озона и озонового слоя (ОРП = 0) и не способствует появлению парникового эффекта (ПГП = 0,001). Масса хладагента, циркулирующего в холодильном агрегате при использовании изобутана, значительно сокращается (примерно на 30%). Изобутан хорошо растворяется в минеральном масле, имеет более высокий, чем R12, холодильный коэффициент, что приводит к снижению энергопотребления. В настоящее время R600a широко применяется в бытовой холодильной технике. В частности, компрессоры, работающие на изобутане, выпускает международный концерн Electrolux. Холодильные агрегаты с R600a характеризуются меньшим уровнем шума из-за низкого давления в рабочем контуре хладагента.

5. Европейский опыт F-регулирования

С июля 2007 года в странах Европейского Союза действует директива 842/2006 (Regulation (EC) №842/2006 of the European Parliament and of the Council of 17 May 2006 on Certain Fluorinated Greenhouse Gases), определяющая единую политику регулирования оборота фторсодержащих газов. Регулирование осуществляется в нескольких направлениях: проверка систем на герметичность; обучение и сертификация, как монтажников, так и компаний; система маркировки; регенерация и уничтожение хладагентов; система отчетности и система контроля.

Проверка систем на герметичность.

Для того чтобы не допускать утечек веществ, опасных для озонового слоя и климата планеты, введена обязательная проверка установленных систем на герметичность. Герметичной считается система, допускающая утечку не более 3 граммов в год. Периодичность проверки герметичности зависит от количества заправляемого хладагента. Количество хладагента указывается на специальном стикере, размещенном на корпусе холодильника. Рядом с устройствами, содержащими более 3 кг хладагента, должен находиться логбук - документ с информацией обо всех операциях, произведенных с этим оборудованием, и об идентификационных номерах обслуживающих технику специалистов.

Обучение и сертификация монтажников и компаний.

Сертификация обязательна как для компаний (проводится каждые 2 года), так и для специалистов, получающих диплом один раз и на всю жизнь. Сертификат не требуется при проведении лишь самых простых работ (чистка блоков или замена фильтров). В Европе специалистам для получения сертификата необязательно иметь профильное образование, достаточно сдать экзамен (теория + практика), показав минимально необходимый уровень подготовки для проведения соответствующих работ. При сдаче экзамена необходимо продемонстрировать знание законодательства, выполнить работы по пайке, показать навыки работы с различными хладагентами, умение обнаруживать и устранять их утечки. Сертифицируемые компании проходят процедуру, похожую на лицензирование учебных заведений выездной комиссией в России. Сертификацию в обязательном порядке осуществляют негосударственные организации.

Система маркировки.

Маркировка содержится на шильдиках, в инструкциях к оборудованию, руководствах по монтажу и в другой технической документации. Цель маркировки - сообщить установщику и потребителю, что они имеют дело с фторсодержащими газами, оборот которых регулируется Киотским протоколом. Также маркировка информирует о количестве хладагента, который содержится в поставляемом оборудовании (сколько было изначально и сколько дозаправлено при монтаже), и призывает к внимательному изучению технической документации и инструкций по эксплуатации.

Регенерация и уничтожение хладагентов.

Утилизировать оборудование без извлечения фторсодержащих газов запрещено. Регенерацией и уничтожением хладагентов занимаются специализированные компании. В некоторых странах (например, в Нидерландах) финансовая ответственность возложена на потребителя, и если сдать килограмм хладагента стоит 10 Евро, то утилизировать его - 16 Евро.

Система отчетности и система контроля.

Система отчетности построена на сборе и анализе данных, полученных от продавцов и производителей оборудования, содержащего фторсодержащие газы, от монтажных организаций и через логбуки. В некоторых странах, например в Нидерландах, действует бумажная система ведения документооборота в этой сфере, в других, таких как Венгрия, уже перешли на электронные формы работы. Система контроля многоступенчатая. Скажем, в Нидерландах контролем занимаются: STEK (структура, разработавшая систему сертификации и в настоящее время осуществляющая плановый контроль); подразделение VROM (Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieu - Министерство жилищного и территориального планирования и окружающей среды Нидерландов), а также местные органы исполнительной власти.

Заключение

Площадь озоновой дыры над Антарктикой, которая в сентябре достигает максимального размера, в 2012 году составила 21,2 миллиона квадратных километров - самого низкого значения с 2002 года, сообщает НАСА (от 25.10.2012 г.).

С 1 января 2010 года в нашей стране вступили в силу первые серьезные ограничения, касающиеся оборота переходных озоноразрушающих веществ. Они связаны с обязательствами, которые Россия взяла на себя, признав себя правопреемником бывшего СССР, подписавшего Венскую конвенцию об охране озонового слоя и Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. На сегодняшний день эти два документа являются единственными международными соглашениями, принятыми всеми странами -- участницами ООН.

Монреальский протокол предусматривает поэтапный вывод из обращения химических соединений, разрушающих стратосферный озон: в первую очередь -- галонов и хлорфторуглеродов (ХФУ), а во вторую -- гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ), использовавшихся и использующихся до сих пор в качестве эффективных растворителей в промышленности, хладагентов в холодильной и климатической технике, активных агентов в средствах огнегашения, пропеллентов в производстве аэрозольных упаковок, вспенивателей в пеноматериалах и сырья для изготовления фторполимеров.

Хотя человечеством были приняты меры по ограничению выбросов хлор и бромсодержащих фреонов путём перехода на другие вещества, например фторсодержащие фреоны, процесс восстановления озонового слоя займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере фреонов, которые имеют время жизни десятки и даже сотни лет. Поэтому затягивание озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года.

Список использованной литературы

озоновый слой атмосфера

1. Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: учеб. пос. для хим., хим.-биол. спец. вузов: учебник / И.Н. Лозановская, Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова. - М.: Выcшая школа, 1998.

2. Федцов В.Г. Экология и экономика природопользования: учебно-методическое пособие / В.Г. Федцов, Л.А. Дрягилев. - М.: Издательство РДЛ, 2002 г.

Размещено на Allbest.ru