Un team di scienziati dell’Università del Nuovo Galles del Sud (UNSW) ha scoperto che alcuni tra i più importanti nuovi refrigeranti si degradano, in parte, in inquinanti persistenti con effetto serra, inclusi composti che sono stati vietati a livello internazionale.
I refrigeranti sono sostanze chimiche che passano dallo stato liquido a quello gassoso (e viceversa) trasferendo calore nel processo.
Questi refrigeranti vengono utilizzati per la refrigerazione, il riscaldamento e il raffreddamento degli ambienti. Questi composti chimici trovano impiego anche come propellenti per aerosol, ritardanti di fiamma e nella produzione di plastiche espanse.
Refrigeranti, perché potrebbero produrre gas serra “più del dovuto”
Gli idrofluoroolefine (HFO), che reagiscono rapidamente nell’atmosfera inferiore, sono emersi come i principali composti chimici sintetici per i refrigeranti e sono considerati un’alternativa più ecologica rispetto ai loro predecessori.
Sebbene sia noto che gli HFO si decompongano in sostanze chimiche come il trifluoroacetaldeide, esistono dibattiti persistenti sul fatto che questo composto si trasformi ulteriormente in fluoroformio, il più dannoso tra gli idrofluorocarburi (HFC), ovvero i composti che gli HFO erano destinati a sostituire.
Uno studio guidato dal dottor Christopher Hansen del Dipartimento di Chimica dell’UNSW, pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, ha dimostrato che gli HFO si degradano effettivamente in una piccola quantità di fluoroformio e questa nuova ricerca solleva dubbi sull’impatto ambientale degli HFO e sulla loro sicurezza a lungo termine.
“Non comprendiamo ancora pienamente gli effetti ambientali degli HFO”, afferma il dottor Hansen. “Ma, a differenza di quanto accaduto con i CFC o la benzina con piombo, stiamo cercando di valutare le conseguenze delle emissioni su larga scala prima di arrecare danni irreversibili all’ambiente e alla salute umana. Stiamo provando a cambiare il modo in cui la scienza introduce nuovi prodotti.”
La storia finora riguardo i refrigeranti e non solo
Il buco nello strato di ozono è il risultato delle attività umane che hanno rilasciato sostanze chimiche che lo distruggono, tra cui i clorofluorocarburi (CFC), alcuni dei primi composti sintetici utilizzati nei refrigeranti e nelle bombolette spray.
Grazie al Protocollo di Montreal, la società ha iniziato ad eliminare progressivamente questi composti a livello globale, sostituendoli con gli HFC, utilizzati su larga scala dalla metà degli anni ’90.
Sebbene gli HFC non contribuiscano alla riduzione dello strato di ozono, si è poi scoperto che sono potenti gas serra.
“Alla fine, gli scienziati hanno scoperto che 1 kg di fluoroformio – un HFC un tempo ampiamente utilizzato – rilasciato oggi contribuirà al riscaldamento della superficie terrestre nei prossimi cento anni quanto oltre 14.000 kg di anidride carbonica”, afferma il dottor Hansen.
Dopo aver compreso l’estremo potenziale di riscaldamento globale degli HFC, la loro eliminazione globale è iniziata nel 2016.
Gli HFO, che hanno un tempo di permanenza più breve nell’atmosfera, sono diventati i principali sostituti sintetici e vengono ora impiegati rapidamente come refrigeranti, agenti espandenti per schiume isolanti e propellenti per aerosol.
Tuttavia, sebbene gli scienziati conoscano alcune vie chimiche della decomposizione degli HFO, c’è stato a lungo un dibattito sul fatto che questi si degradino in HFC altamente inquinanti.
Esperimenti che simulano l’atmosfera e refrigeranti
Gli HFO sono composti da unità chimiche più reattive rispetto ai loro predecessori, il che impedisce loro di raggiungere gli strati superiori dell’atmosfera e di diventare gas serra di lunga durata.
“Ma come chimici, osserviamo la struttura di queste molecole e cerchiamo di immaginare in cosa si trasformino”, spiega il dottor Hansen. “Invece di limitarci a dire che il loro tempo di vita è di sole due settimane e quindi non possono essere gas serra, dobbiamo capire in cosa si convertono.”
Ma il dottor Hansen sui refrigeranti chimici aggiunge: “E la maggior parte dei chimici, osservando queste strutture, può tracciare reazioni che portano alla formazione di HFC.”
Confermare se gli HFO si degradino in HFC in piccole quantità richiede esperimenti complessi, e la maggior parte delle tecniche e degli strumenti esistenti non ha la sensibilità e la specificità necessarie per farlo.
Il dottor Hansen e il suo team hanno utilizzato diverse tecniche, tra cui due sviluppate appositamente per questo studio, per misurare e valutare la reazione chimica in tutte le gamme di pressione atmosferica attese.
“Abbiamo utilizzato una varietà di tecniche spettroscopiche per osservare la reazione. Abbiamo creato una miscela gassosa a diverse pressioni per simulare un’atmosfera inquinata da tracce del prodotto di decomposizione immediato degli HFO. Poi abbiamo usato un laser per simulare i fotoni provenienti dal sole e attivare la reazione”, afferma il dottor Hansen.
Nuovi dati per i modelli climatici e come i refrigeranti potrebbero alterare il clima
Si sa che gli HFO si decompongono in composti fluorurati come la trifluoroacetaldeide, con una resa pari o superiore al 100% e questo significa che ogni molecola di HFO si trasforma nel primo prodotto di reazione e, per alcuni HFO, si possono ottenere due molecole di questo prodotto per ogni molecola iniziale.
Questo studio dimostra che il passaggio successivo della reazione, attivato dalla luce, produce una piccola quantità di fluoroformio dalla decomposizione della trifluoroacetaldeide; il fluoroformio è l’HFC con il maggior potenziale di riscaldamento globale.
“Abbiamo dimostrato in modo esaustivo che alcuni tra gli HFO più importanti si degradano in HFC e abbiamo fornito i primi dati scientifici concreti necessari per modellare e prevedere le conseguenze delle emissioni su larga scala”, afferma il dottor Hansen che ha successivamente aggiunto: “Anche se la reazione produce solo una piccola quantità di fluoroformio, questa sostanza può persistere nell’atmosfera fino a 200 anni e, con un potenziale di riscaldamento globale oltre 14.000 volte superiore a quello della CO₂, anche una piccola resa può avere un impatto significativo.”
Molte crisi ambientali ci hanno colti di sorpresa.
“Pensiamo alla benzina con piombo, agli eventi di smog letale del XX secolo, alla crisi del buco dell’ozono”, spiega il dottor Hansen. “Ma questo non è avvenuto perché i nostri modelli non erano abbastanza accurati, bensì perché la chimica chiave mancava nei modelli.”
Conclusione sui refrigeranti e il loro ruolo
Ora, questo studio risolve un’annosa controversia e fornisce dati scientifici fondamentali per modellare e prevedere l’impatto delle emissioni su larga scala di HFO, prima che i decisori politici debbano reagire a una nuova crisi ambientale.
I gruppi di modellizzazione climatica dell’UNSW e scienziati di tutto il mondo stanno ora integrando questi dati nei loro modelli per valutare l’impatto ambientale dell’uso continuato degli HFO.
“Anche se rimangono domande aperte, questo studio fornisce prove cruciali che dovrebbero guidare i prossimi passi nella gestione dell’impatto ambientale delle sostanze chimiche che rilasciamo nell’atmosfera”, conclude il dottor Hansen.