فريونات أجهزة تكييف الهواء ومشكلة عام 2010

م/سامرغازى

- مقدمة عن الكلوروفلور كاربونات :
تستخدم دائرة التبريد بضغط الغاز بكثرة في العديد من تطبيقات التبريد أو التثليج الصناعي والتجاري والسكني ، وهذه الدائرة توظف العديد من المواقع الصالحة للاستخدام كوسيط تثليج ، مثل ثاني اكسيد الكربون CO2 وثاني اكسيد الكبريت SO2 ، ولكن اكثر المواقع نفعا هي مجموعة الهيدروكربونات المهلجنة المعروفة بأسم الفريون Freon أو الكلوروفلور كاربون ( ك ف ك CHLORD FLUORO CARBONS : CFC يحتوي هيكل كل مركب في هذه المجموعة على عدد مختلف من ذرات الكلور والفلور والكربون .
تعرف مركبات ك ف ك CFC بأنها من ضمن المركبات الكيميائية الأكثر نفعا في الصناعة التي تم تطويرها حتى يومنا هذا . تستخدم هذه المركبات في تثليج الطعام والتموينات الطبية ، وفي تكييف هواء السيارات والمالعديد من التطبيقات (8) .
2- خطر مركبات الكلوروفلورو كاربون على طبقة الأوزون :
يتكون جزيء غاز الأوزون من ثلاث ذرات من الأكسجين O3 وهو غاز مهيج لونه أزرق شاحب وقابل للانفجار وسام حتى عند درجات تركيز منخفضة . تزيد كثافة الأوزان على كثافة الاكسجين بمرة ونصف ، كما أنه يتكقف عند درجة حرارة 112م فيتحول الى سائل لونه أزرق داكن ثم يتجمد عند درجة حرارة 251م (3) . يتحلل هذا الغاز بسرعة عند درجات حرارة أعلى من 100 م أو عند درجة الحرارة الداخلية للمباني إذا وجد معجل تفاعل . إن نسبة وجود غاز الأوزون في الغلاف الهوائي مقارنة مع الغازات الأخرى صغيرة جدا ولكن وجودة له أهمية قصوى للحياة على وجه الأرض . ينتج الأوزون أساسا من تأثير الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي القصير الموجة على جزيء الأكسجين المكون من ذرتي أكسجين O2 فيلحلله الى ذرتي الأكسجين المكونتينن له ، تتحد هاتان الذرتان فيما بعد مع جزىء اكسجين آ خر غير متحلل لينتج من هذا الاتحاد جزىء اكسجين آخر غير متحلل لينتج من هذا الاتحاد جزيء أوزون . تحدث هذه العملية حسب التفاعلينن الموضحين أدناه :
O2 + Light 20
20 + O2 O3
على سطحها (9) .
بدأ اهتمام العالم بطبقة الأوزون منذ أن تقدم العالمان س . رولاندوم . مولينا، واللذان يعملان في قسم الكيمياء من جامعة كاليفورنيا في بركلي ، في عام 1974م بنظرية مفاجها أن مركبات الكوروفلورميثان المهجنة ، وخاصة مركبي CFC-11& CFC-12 يمكن أن تشكل تهديدا على طبقة الأوزون بسبب اطلاق ذرات الكوروالبرومين القابلين للتفاعل مع جزيء ك.ف.ك واللذان يؤثران على التوازن الطبيعي بين وجود الأوزان وبين فنائه . (10) .
تتصف مركبات الكوروفلوروكاربون بأنها مستقرة جدا بحيث يدوم بقاؤها في الجو من 80 الى 120 سنة منذ وقت تسربها الى الجو . تتحلل هذه المركبات (ك.ف.ك) في طبقات الجو العليا فقط عندما تلاقي هذه المركبات الضوء الشمسي فوق البنفسجي الشديد الطاقة . يحدث هذا التلاقي في طبقة الستراتوسفير حيث تمتص مركبات ك.ف.ك ضوء الشمس هذا مما يودي الى عناصر الكوروالفوروالكربون ، تتفاعل ذرة الكلور مباشرة بعد إطلاقها مع جزيء أوزون وينتج من التفاعل جزيء اكسجين وأول أكسيد الكلور حسب التفاعل التالي :
CIO+O2 CI + O3
ثم يتحد أول أكسيد الكور مع ذرة اكسجين لينفصل بعد الاكسجين والكلور حسب التفاعل التالي
CI+O2 CIO + O
إن محصلة هذين التفاعلين هي القضاء على جزىء أوزون واستمرار وجود الكلور ليقوم بتفاعل آخر شبيه . إن تكرار هذا التفاعل يؤدي في النهاية ومع مرور الزمن الى انقراض جزيئات الأوزان وتركز ذرات الكور مما يؤدي الى السماح لمزيد من الأشعة فوق البنفسجية من الوصول الى سطح الأرض وبمقادير قد تكون ضارة بالكائنات والنباتات . ظهر هذا الخطر جليا وواضحا في عام 1985م عندما أفاد باحثون بوجود ثقوب في طبقة الأوزون فوق القطب المتجمد الجنوبي بمقادير وصلت الى 50 % في بعض النقاط ، اعتماداً على الفصول المناخية وطبيعة الطقس ( 9) .
يضاف الى مشكلة تضاؤل الأوزون مشكلة اخرى هي معضلة الدف العالمي ، أو قضية تغير المناخ ( المسماة بأثر البيت الزجاجي أو البيت الأخضر ) تساهم بعض الغازات في التأثير المشترك على ملتا التظاهرتين المتصلتين بالبيئة ، ولكن سبب التركيز على غازات الكلوروفلورو كاربون هو توسع استخدامها وتميزها بامكانية التحكم في إنتاجها والحصول على بدائل عنها غير ضارة بالبيئة .إن مركبات ك.ف.ك الأكثر استهدافا من عملية المنع هذه بسبب البطء الشديد لتحللها في الجو هي : CFC- 11, CFC-12 & CFC-113 ( 11) .
3. ما مدى خطورة المشكلة ؟
قدر مجموعة من الباحثين حجم الاستهلاك السنوي في اميركا من فريون –11 بأنه 1,7 مليون كليوغرام ومن فريون –12ربانه 95, مليون كيوغرام ، هذا مع العلم بأن هذه الكمية تستخدم في صيانة المعدات القائمة ، والحديثة ( 12) . لو أمكن تعميم هذه النتائج على مستوى العالم كله فان النتائج سوف تكون مذهلة ومخيفة . لا يزال هنالك خلاف بين العلماء والمتخصصين عن البعد الحقيقي والواقعي للمشكلة وذلك لتغير مقدار الثقب حسب تباين أحجام الغازات المنبعثة في الجو بالرغم من أن بعض صور الأقمار الصناعية وبعض القياسات الارضية لعام 1987 تفيد بأن مستويات الأوزون عالميا قد قل بمقدار 4 الى 5 % خلال ست الى ثمان سنوات (13,14) . تتفاوت التوقعات عن الاضمحلال العالمي لطبعة الأوزون مع حلول عام 2065م بأنه سوف يتفاوت من 2 الى 10 % ولكن حتى مع اتفراض الرقم الأقل فان الزيادة المتوقعة في عدد المصابين بمرض سرطان الجلد سوف تتراوح من 55 الى 2,8 مليون حالة في الولايات المتحدة الامريكية فقط (15) . يضعف الاشعاع فوق البنفسجي كذلك تفاعلات الحساسية في الجلد والدفاع المناعي ضد أورام الجلد ، كما تتأثر مقاومة الجلد ضد بعض أنواع العدوى . إن لهذه الأشعة تأثير ضار وفتاك على الأسماك والطحالب والنباتات والأشجار ، كما يمتد هذا التأثير على إطارات السيارات والمواد البلاستيكية والملابس المصنعة من البتروكيماويات فيسبب تلفها.
ليس من السهل الحصول على معطيات دقيقة عن مقدار الدمار الحالي في طبقة الأوزون . إن مراقبة كمية الأوزون في طبقات الجو العليا على مستوى الكرة الأرضية بأجمعها وبشكل مستمر أمر مستحيل نظرا التأثر الأوزون بأوقات السنة وبارتفاع وموقع مكان القياس عن سطح الأرض . إن الدراسات والبحوث تشير الى أن تدمير طبقة الأوزون يزيد فوق القطبين المتجمدين الشمالي والجنوبي بسبب توفر ظروف مواتية من درجات الحرارة والرطوبة ويصبح واضحاً بدرجة كبيرة خلال شهر سبتمبر فوق القطب المتجمد الشمالي وخلال شهر مارس فوق القطب المتجمد الجنوبي .
4. علاج المشكلة والبدائل
يوجد حاليا قلق عالمي متزايد في أوساط صناعية وتطبيقات التكييف والتثليج بسب بمقدار الوفرة المستقبلية المركبات ك.ف.ك وعن وسائط التثليج المقبولة والمباسبة للتطبيقات المختلفة ، وهذا القلق هو محصلة المواثيق الموقعة من معظم دول العالم حول مشكلة الأوزون . لقد كانت أول مبادرة من المجتمع الدولي تجاه هذه المشكلة هي الاجتماعالذي عقده في فيينا بالنمسا في مارس من عام 1985 برنامج الأمم المتحدة للبيئة ( يونيب United Nations Environment Progeram, UNEP ) وتمخض عنه ( ميثاق فيينا Vinna لحماية طبقة الأوزون ) أثمر هذا الميثاق في التعريف عالميا بمشكلة تأثير غازات ك.ف.ك على طبقة الأوزون ولكن بدون التوصية بأي حلول أو قيود على الاستهلاك .
لقد فرض بروتوكول مونتريال الأولى ( Original Montreal Protocol ) المقر عليه في تاريخ سبتمر16، 1987م من قبل ما يقارب من مائة دولة من دول العالم تحت رعاية برنامج الأمم المتحدة للبيئة ( يونيب UNEP ) تجميداً فوريا على إنتاج واستخدام مركبات ك.ف.ك المهلجنة عند مستوى استهلاك وانتاج عام 1986م حسب مقدار خطورة تأثير كل منها على الأوزون (16،17) أصبح هذا البروتوكول جزءاً من ميثاق فيينا لحماية طبقة الأوزون والذي أقر في مارس من عام 1985 ضمن برنامج الأمم المتحدة للبيئة UNEP . تم بعد ذلك في اللقاء الثاني لبرامج الأمم المتحدة للبيئة ، والذي عقد في لندن عام 1990م ( 18) تعديل بروتوكول منتريال ففرض حظر كامل على جميع مركبات ك.ف.ك بنهاية عام 2000م على أن تسبتبدل بمركبات هيدروكلوروفلوروكاربونات HFC الخالية تماما من ذرات الكلور ، أو بمركبات هيدروكلوروفلوروكاربونات HCFC الانتقالية المحتوية على عدد أقل من ذرات الكلور . وأوصت بمتابعة ومراجعة استخدام وسائط التبريد الانتقالية ، على أن يتم إحلالها بمركبات لاتشكل ضررا البتة على الأوزون بنهاية عام 2040 أو عام 2020م إن أمكنن . أما الاتحاد الاوروبي فقد اقتراح موعدا نهائيا أقرب للإنتاج الأخير من مركبات HCFCs ، أي من 2030م الى 2015م (19) . ولكن في الاجتماع المخصص لتعديل بروتوكول مونتريال (12) والذي عقد في كوبنهاغن عام 1992 ، تغير تاريخ منع مركبات ك.ف.كفأصبح 1 يناير 1996م للدول المتقدمة ، أما الدولة المتطورة فقد ألزمت بجدول إلغاء تدريجي لاستخدام وتصنيع مركبات ك.ف.ك بناءاً علىمدى خطورة المركب على مدى خطورة المركب على الأوزون بحيث يتم الاستغناء التام والكامل لجميع المركبات بنهاية عام 2010م ( كما هو موضح في هذا جدول ) .
سيتم عرض الجدول في المشاركة القادمة
بلغ عدد الدول الموقعة على هذا البروتوكول ، ومن ضمنها المملكة العربية العربية السعودية ، اكثرمن 123 دولة . وقد أثمرت بنود هذا البروتوكول ، وبعض مضي عقد من الزمن ، في التخفيف من الخطر وخاصة في البلدان المتقدمة حيث يتم التخلص من مركبات ك.ف.ك بسرعة أكبرمنها في الدول المتطورة .
إن المركبات الانتقالية من CFC الى HFC هي اليدروكلوروفلورو كاربونات ( هـ ك ف ك HCFCs ) وهي التي يحل فيها جزيء هيدروجين مكان جزيء كلور فتقل فترة بقاء المركب في الجو الى حوالي 15 سنة ، مما يقتصر بدرجة كبيرة الفترة الحياتية للمركب الكيميائي ومن يقلل كثيرا من الضرر على البيئة . تتصف هذه المركبات بان عمرها الافتراضي في الجو أقل من عمر مواد ك ف ك ، ولكنها كذلك يمكن أن تسبب ضررا على الأوزون بسبب وجود بقايا الكلور ولذلك سوف تحظر مستقبلا . إن الهدف النهائي في معركة ثقب الأوزون هي الإحلال التام لمركبات الهيدروفلوروكاروكاربونات التي تتحلل خلال وقت قصير ( من سنتين الى 15 سنة )الى مكوناتها الأصلية في الطبقات الدنيا من الغلاف الجوي ، مكان مركبات الكلوروفلوروكاربونات . إن المعيار المستخدم للدلالة على القدرة النسبية ( نسبة الى R-11 ) لوسيط التثليج أو أي مادة كيميائية أخرى على تدمير الأوزون هو Ozone Depletion Potential (ODP) بينما يستخدم معيار Global Warming Potential ( GWP ) في الدلالة على القدرة النسبية ( نسبة الى CO2 ) على حبس الطاقة الاشعاعية . لذلك يجب أن يتخلى وسيط التبريد الملائم للأوزون بقيمتي ODP و GWP منخفضتين مع توفير فعالية جيدة لنظام التثليج . يبدو 5- .