Замена фреонов — новая беда: чем грозит миру рост производства трифторуксусной кислоты

Трифторуксусная кислота (ТФУК) относится к группе перфторированных соединений, которые в среде экологов называют «вечными химикатами». Она не разлагается в природе, накапливается в почвах, растениях и водоёмах, проникает в кровь человека и репродуктивные клетки. Европейское агентство по химическим веществам классифицирует ТФУК как токсичное для водных организмов вещество с долгосрочными последствиями, а также рассматривает её как репротоксикант и соединение с высокой стойкостью и подвижностью в окружающей среде.

Откуда берётся кислота

Основные источники ТФУК — это так называемые заменители хлорфторуглеродов (фреонов), которые используются в холодильном оборудовании и системах кондиционирования. К ним относятся гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и гидрофторуглероды (ГФУ). Несмотря на то что отказ от этих веществ начался ещё в 1992 году в рамках Монреальского протокола, их концентрация в атмосфере продолжает расти.

Исследователи из Ланкастерского университета, Университета Лидса и других научных центров использовали глобальную модель переноса химических веществ, чтобы оценить вклад различных источников в образование ТФУК. Модель показала, что в 2000 году глобальное производство кислоты из ГХФУ и ГФУ составляло 6,8 тысячи тонн в год, а к 2022 году выросло до 21,8 тысячи тонн. За весь период в окружающую среду попало около 335,5 тысяч тонн этого вещества.

Наибольший вклад в современное загрязнение вносит ГФУ‑134a — он обеспечивает около 69 % всего производства ТФУК, несмотря на относительно низкий выход кислоты при его распаде (всего 9 %). Дело в масштабах применения: это один из самых распространённых хладагентов в мире. В начале 2000‑х годов доминировали ГХФУ‑123, ГХФУ‑124 и ГХФУ‑133a, но их доля снизилась с 68 % до 19 % благодаря постепенному выводу из обращения.

Арктика под прицелом

Особое внимание учёные уделили Арктике, где ледяные керны показывают десятикратный рост отложений ТФУК с 1990‑х годов. Сравнение модельных данных с измерениями на ледниковом куполе Девон и ледниковом поле Маунт‑Оксфорд в Канаде, а также на леднике Ломоносова на Шпицбергене подтвердило: долгоживущие заменители фреонов объясняют практически всю наблюдаемую тенденцию в Арктике.

«Модель хорошо воспроизводит данные по Девону и Маунт‑Оксфорд, что подтверждает: заменители хлорфторуглеродов являются основным источником отложений ТФУК в арктических регионах», — отмечается в статье.

На леднике Ломоносова модель показала завышенные значения по сравнению с измерениями. Исследователи объясняют это тем, что этот ледник испытывает сезонное таяние, которое может перераспределять органические анионы, включая ТФУК, и приводить к потере вещества из поверхностных слоёв.

Новая угроза из средних широт

В то время как Арктика страдает от «наследия» старых фреонов‑заменителей, в промышленно развитых регионах Северного полушария на передний план выходят новые вещества — гидрофторолефины (ГФО). Это четвёртое поколение хладагентов с ультранизким потенциалом глобального потепления, которые активно заменяют ГФУ‑134a в автомобильных кондиционерах.

Главный представитель этой группы — ГФО‑1234yf. Он полностью разлагается до ТФУК (выход кислоты составляет 100 %), и его выбросы растут стремительно после введения в Евросоюзе запрета на рефрижеранты с глобальным потенциалом потепления выше 150 в новых автомобилях с 2017 года.

Учёные провели чувствительный анализ, добавив в модель ГФО‑1234yf с разными сценариями выбросов. При «высоком» сценарии глобальное производство ТФУК в 2020 году увеличивалось на 187 % по сравнению с базовым расчётом. Сравнение с измерениями осадков в Германии за 2018–2019 годы показало, что включение ГФО‑1234yf значительно сокращает разрыв между моделью и наблюдениями, особенно в зимние месяцы.

«Хотя величина выбросов ГФО‑1234yf неопределённа из‑за его относительно недавнего внедрения, его добавление существенно уменьшает расхождение между модельными и измеренными потоками ТФУК в Германии», — говорится в исследовании.

Что дальше

Перспективы вызывают серьёзное беспокойство. Даже при соблюдении Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу, которая предусматривает поэтапное сокращение ГФУ, производство ТФУК от этих веществ в 2050 году может составить от 6,7 до 42,5 тысяч тонн в год в зависимости от сценария развития общества. При этом пик выбросов может прийтись на период между 2025 и 2100 годом.

Но главная ирония в том, что замена ГФУ на ГФО, которая задумывалась как экологическая мера, может привести к росту производства ТФУК. Если ГФО‑1234yf станет основным низкопотенциальным заменителем, к 2050 году только от него может образовываться 340–490 тысяч тонн кислоты ежегодно — в десятки раз больше, чем от всех текущих источников вместе взятых.

Модель показала, что в 2022 году максимальная концентрация ТФУК в осадках в Центральной Африке достигала 39 микрограммов на литр. Это превышает минимальное известное значение предсказанной концентрации без эффекта (0,12 мкг/л) и ориентировочное целевое значение для питьевой воды в Германии (10 мкг/л). Правда, концентрация в осадках не напрямую отражает уровень загрязнения водоёмов из‑за разбавления и накопления в различных средах.

Исследователи подчёркивают необходимость расширения мониторинга ТФУК, особенно в тропиках и Южном полушарии, где данных практически нет. Также требуются уточнённые измерения выбросов новых источников, включая анестетики и дополнительные виды ГФУ, не вошедшие в текущий анализ. Трансграничный характер загрязнения ТФУК, которая оседает даже в «первозданных» полярных регионах, требует координированных международных усилий по сокращению глобальных выбросов.