De Schrödinger Key : WFK’s, superbroeikasgassen in opkomst

Het ozongat op 2 december 2010. Afbeelding: © NASA

Herinner je je nog CFK’s nog? Deze ozonafbrekende chloorfluorkoolstofverbindingen zorgden voor een ‘gat’ in de zich nu herstellende ozonlaag boven Antarctica. Nu het gebruik van CFK’s sterk is afgenomen, lijkt de ozonlaag gered. In plaats van CFK’s worden nu onder meer WFK’s (waterstoffluorkoolstofverbindingen) gebruikt. Deze kunstmatige WFK’s – er zijn geen natuurlijke bronnen – zijn verre van onomstreden. WFK’s zijn namelijk superbroeikasgassen, waarvan sommigen duizenden malen sterker zijn dan CO₂.

CFK’s, WCFK’s en ozon’gaten’

De CFK’s werden massaal gebruikt voor koeling, airco, in blussers, maar ook als oplosmiddel, drijfgas, fumigatiemiddel en als schuimblaasmiddel. Toen het afbrekende effect van de ozonlaag ontdekt werd in 1985, werden CFK’s verbannen zoals vastgelegd in het Montreal Protocol uit 1987 en updates daarvan. Afgelopen jaren waren de eerste tekenen van herstel zichtbaar boven Antarctica; mogelijk is het hele ‘gat’ – eigenlijk een verdunning van de ozonlaag – weg rond 2100. Overigens werd begin 2011 ook een aanzienlijk ‘gat’ in de ozonlaag boven het Arctische gebied ontdekt door hevige kou die de afbraak van ozon door CFK’s versterkt. De temperaturen op de Zuidpool zijn over het algemeen kouder, wat de reden is waarom het ozon’gat’ daar groter is. Ook al is de uitstoot van CFK’s nagenoeg nul op dit moment, toch zullen CFK’s nog lang in de atmosfeer blijven omdat CFK-moleculen 45 (CFK-11) of 100 jaar (CFK-12) in de atmosfeer verblijven voor ze worden afgebroken.

Eén van de vervangers van CFK’s zijn de WCFK’s (waterstofchloorfluorkoolstofverbindingen). Deze WCFK’s breken ook ozon af, maar 10-50 maal minder effectief als CFK’s. Ontwikkelingslanden gebruiken sinds 2010 geen CFK’s meer, maar in plaats daarvan wel veel WCFK’s. Het is de bedoeling dat WCFK’s niet meer gebruikt gaan worden na 2020 voor ontwikkelde landen en niet meer na 2030 voor ontwikkelingslanden zoals omschreven in een update van het Montreal Protocol uit 2007.

Zonder het Montreal Protocol zou niet alleen het ozon’gat’ boven Antarctica veel groter zijn, maar de aarde zou ook een stuk warmer zijn. Afbeelding: © UNEP

Nu er geen CFK’s meer bijkomen in de atmosfeer, stabiliseert het opwarmende effect van CFK’s zich gevolgd door afname in de komende decennia door langzame afbraak van de CFK-moleculen. Het totale opwarmende effect van CFK’s is aanzienlijk omdat over een tijdsperiode van 100 jaar, CFK-11 4750 maal zo effectief is als CO₂ in het vasthouden van uitgaande warmte en CFK-12 maar liefst 10.900 maal. Zonder terugdringing zou het opwarmende effect van CFK’s 35% zijn van het totale effect van CO₂ in 2010. Het zou dus enkele tienden van graden warmer zijn op aarde als de mensheid niets gedaan had.

WFK’s

Nog een andere vervanger van CFK’s, maar ook van WCFK’s, zijn de WFK’s (waterstoffluorkoolstofverbindingen). Deze gassen breken de ozonlaag niet af in tegenstelling tot hun voorgangers. Op dit moment worden WFK’s vooral voor airconditioning en koeling gebruikt. Net als CO₂ absorberen deze gassen de uitgaande infrarode straling die anders naar de ruimte zou ontsnappen. Ze zijn hier net zoals CFK’s en WCFK’s bijzonder effectief in en daarmee veel sterker dan CO₂. Gemiddeld zijn ze 1600 maal effectiever dan CO₂ gerekend over 100 jaar. Van belang is ook hoe lang de moleculen in de atmosfeer verblijven. Over het algemeen is dat iets minder lang dan bij CFK’s, maar nog steeds tientallen jaren.

Drie WFK’s zijn vooral van belang voor de opwarming omdat dit WFK’s zijn met een relatief hoge concentratie ten opzichte van andere WFK’s: WFK-125, 134a en 143a. Ondanks dat hun concentratie nog maar 8, 58 en 9 deeltjes per triljoen (10¹²) is, neemt de concentratie snel toe met 10-15% per jaar in de laatste vijf jaar. Dit is veel sneller dan CO₂, waarvan de concentratie met ‘slechts’ 1% per jaar stijgt; de methaanconcentratie stijgt maar met 0,5%. De concentratie van CO₂ is echter wel 393 deeltjes per miljoen, wat miljoenen malen zoveel is als de WFK’s. Voorlopig, want dat zal in de toekomst – als de uitstoot van WFK’s niet teruggedrongen wordt – snel minder worden. Tel daarbij op de veel grotere effectiviteit van WFK’s als broeikasgassen en het algehele opwarmende effect van WFK’s kan snel groter worden in de komende decennia.

Het verbruik van CFK’s, WCFK’s en WFK’s van 1950-2010. Afbeelding: © UNEP

Als de WFK’s zo blijven stijgen zoals voorspeld, dan gaat de verijdelde opwarming door de terugdringing van CFK’s snel verloren. Op dit moment stelt de invloed van WFK’s als broeikasgassen nog nagenoeg niets voor met circa 1%. De toename op de opwarming over de jaren 2003-2008 is echter opzienbarend met 0,006 W/m², wat meer is dan de toename door methaan en slechts ietsje minder dan dat van WCFK’s en de helft minder dan lachgas (N₂O). De WFK’s kunnen zich dus in dit opzicht al meten met andere belangrijke broeikasgassen buiten CO₂, dat een toename had van 0,14 W/m² over dezelfde periode. Omdat de snelheid van toevoegen van WCFK’s aan de atmosfeer zal toenemen in de toekomst, zal de invloed van WCFK’s op de opwarming van de aarde snel toenemen als dezelfde WCFK’s gebruikt worden: 7-12% van de opwarming door CO₂ in 2050.

Verschillende invloed

WFK’s verschillen enorm in hun verblijftijd in de atmosfeer en daarmee in ook hun invloed op het klimaat. Hoe langer een molecuul in de atmosfeer verblijft, hoe groter de invloed gemeten over een lange periode. Voor ‘verzadigde’ WFK’s – moleculen met een enkele binding – geldt een gemiddelde levensduur voor deze moleculen van 10-20 dagen. Bovendien zijn ze slechts 4-7 maal zo effectief als CO₂ als absorbeerder van uitgaande, infrarode straling. Dit is in schril contrast met de ‘onverzadigde’ WFK’s die jaren tot tientallen jaren in de atmosfeer verblijven en tientallen tot duizenden malen zo effectief zijn als CO₂ gerekend over 100 jaar.

Welke WFK’s nu vooral gebruikt worden? Juist, de laatste zoals de eerder genoemde WFK-125, 134a en 143a. De gemiddelde levensduur van alle WFK’s is dan ook ca. 15 jaar op dit moment. Geen wonder dat de WFK’s als een mogelijk probleem worden gezien voor de toekomst.

Snel stijgende concentraties van WFK’s in het afgelopen decennium. Afbeelding: © UNEP

Oplossingen

De oplossingen liggen voor de hand: weg met die verzadigde WFK’s. Zoek een vervanging voor deze vervangers van CFK’s. Er zijn inmiddels plannen om het onverzadigde WFK-1234yf te gebruiken in plaats van WFK-134a in koelingsapparatuur, en WFK-1234ze kan gebruikt worden voor schuim. Superabsorberende WFK’s worden dus vervangen door minder effectieve WFK’s. Ook kunnen totaal andere gassen gebruikt worden die per molecuul geen tot weinig invloed hebben als broeikasgas zoals ammoniak, CO₂ (een zwak broeikasgas), inerte gassen en koolwaterstoffen. Ook kan gedacht worden aan vezel als isolatiemateriaal in plaats van schuim, waarbij WFK’s vrijkomen. Een andere mogelijkheid is het opvangen en vernietigen van WFK’s na gebruik.

Van cruciaal belang is dat de alternatieven net zo goed werken – of liefst beter – dan de WFK’s. Het zijn immers bedrijven die op dit moment de keuzes maken wat te gebruiken. Essentieel is daarbij de prijs in vergelijking met WFK’s en ook wat het kost om productie-machines te laten werken met alternatieven. Is het te duur, zeker in deze economisch moeilijke periode, dan is de kans groot dat een alternatief niet geïmplementeerd wordt. Een belangrijke rol is ook weggelegd voor milieubeleidsbepalers en politici die het gevaar van het gebruik van verzadigde WFK’s verder op de kaart kunnen zetten.

De uitstoot van CFK’s, WCFK’s, WFK’s en WFK’s die infrarode straling niet goed vasthouden (laag-GWP WFK’s). In deze figuur is de uitstoot van de gassen uitgedrukt in gigatonnen CO₂ door rekening te houden met de effectiviteit van het vasthouden van infrarode straling ten opzichte van CO₂. Afbeelding: © UNEP

Terug naar het Montreal Protocol?

WFK’s zijn, als broeikasgassen, onderdeel van het Kyoto Protocol. Echter, alleen ontwikkelde landen volgen het protocol om de uitstoot van broeikasgassen met 5,2% te verminderen ten opzichte van 1990 over de periode van 2008-2012. Volgend jaar loopt het ‘contract’ dus al af. Guus Veelers (RIVM) pleitte daarom onlangs in Science om de WFK’s onderdeel te maken van het succesvolle Montreal Protocol. Ondanks dat WFK’s ozon niet afbreken, is het opwarmende effect wel een indirect neveneffect van de terugdringing van CFK’s/WCFK’s. De V.S., Mexico, Canada en Micronesië dienden al voorstellen in. Als de terugdringing van krachtige WFK’s onderdeel wordt van het Montreal Protocol, dan geeft dit een duidelijk signaal af naar de bedrijven die deze WFK’s gebruiken. Kan de mensheid dit nog relatief onbekende superbroeikasgas tegengaan?