Científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur han descubierto que cuando un nuevo refrigerante popular (HFO) se descompone, produce trazas de fluoruro, un gas de efecto invernadero con un fuerte potencial de calentamiento global. El descubrimiento, realizado utilizando técnicas innovadoras de modelado atmosférico, exige una nueva mirada al impacto ambiental de estos químicos.
Científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur han descubierto que las hidrofluoroolefinas comercializadas como refrigerantes respetuosos con el medio ambiente se degradan formando gases nocivos de efecto invernadero, lo que genera preocupación sobre su impacto medioambiental a largo plazo. Un equipo de científicos ha descubierto que algunos de los nuevos refrigerantes más importantes se descomponen parcialmente en contaminantes persistentes de gases de efecto invernadero, incluidos compuestos que han sido prohibidos internacionalmente.
El refrigerante es una sustancia química que cambia entre estado líquido y gaseoso, transfiriendo calor en el proceso. Se utilizan ampliamente en refrigeración, así como en calefacción y refrigeración de habitaciones. Además, estos productos químicos se utilizan como propulsores de aerosoles y retardantes de llama, así como en la producción de plásticos espumados.
Las hidrofluoroolefinas (HFO), que reaccionan rápidamente en la atmósfera inferior, se han convertido en los principales productos químicos sintéticos para los refrigerantes y se consideran una alternativa más respetuosa con el medio ambiente que sus predecesores.
Se sabe que las hidrofluoroolefinas se descomponen en sustancias químicas como el trifluoroacetaldehído, pero se ha debatido si el compuesto se descompone aún más en fluorometanos, los hidrofluorocarbonos (HFC) más dañinos para el medio ambiente a los que se utilizan para reemplazar.
Un artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society, dirigido por el Dr. Christopher Hansen del Departamento de Química de la Universidad de Nueva Gales del Sur, demuestra que las hidrofluoroolefinas se descomponen en pequeñas cantidades de fluoruros. Este nuevo estudio muestra que debemos observar más de cerca el impacto ambiental de los HFO y plantea dudas sobre su seguridad a largo plazo.
El Dr. Hansen dijo: "Aún no comprendemos completamente el impacto ambiental de los HFO. Sin embargo, a diferencia de ejemplos anteriores como los clorofluorocarbonos y la gasolina con plomo, estamos tratando de comprender las consecuencias de las emisiones a gran escala antes de que causen daños potenciales irreversibles al medio ambiente y la salud humana. Estamos tratando de cambiar la forma en que la ciencia introduce nuevos productos".
El agujero de la capa de ozono es causado por la actividad humana que libera sustancias químicas que agotan la capa de ozono, incluidos los clorofluorocarbonos (CFC), algunas de las primeras sustancias químicas sintéticas utilizadas en refrigerantes y latas de aerosol.
Gracias al Protocolo de Montreal, la comunidad internacional comenzó a eliminar los CFC y los reemplazó por hidrofluorocarbonos (HFC) a nivel mundial a partir de mediados de la década de 1990.
Aunque los HFC no contribuyen al agotamiento de la capa de ozono, son potentes gases de efecto invernadero. "Al final, los científicos descubrieron que 1 kilogramo de fluoroformo -un HFC que alguna vez se usó comúnmente- emitido hoy tendría el equivalente a más de 14.000 kilogramos de dióxido de carbono en el calentamiento de la superficie de la Tierra durante el próximo siglo", dijo el Dr. Hansen.
La eliminación global de los HFC comenzó en 2016 después de reconocer que contribuyen en gran medida al calentamiento del efecto invernadero.
Las hidrofluoroolefinas, que tienen una vida atmosférica corta, se han convertido en las principales alternativas sintéticas y están proliferando rápidamente como refrigerantes, agentes espumantes (como los utilizados en espumas aislantes) y propulsores de aerosoles.
Si bien los científicos saben algo sobre las vías químicas por las que se descomponen los HFO, ha habido un debate sobre si realmente se descomponen en algunos de los HFC menos respetuosos con el medio ambiente.
Las hidrofluoroolefinas están formadas por unidades químicas que son más reactivas que sus homólogas anteriores, por lo que no ascienden a la atmósfera superior y se convierten en gases de efecto invernadero de larga duración.
"Pero, como químicos, observamos las estructuras de estas moléculas y comenzamos a tratar de imaginar en qué se convierten", dijo Hansen. "Así que no podemos simplemente decir, oh, esta cosa sólo tiene una vida útil de dos semanas, no puede ser un gas de efecto invernadero, tenemos que ver en qué se convierte. La mayoría de los químicos observan estas estructuras y pueden descubrir las reacciones que realmente producen hidrofluorocarbonos".
Sin embargo, confirmar si el HFO se descompone en HFC con bajos rendimientos requiere experimentos difíciles, y la mayoría de las técnicas e instrumentos existentes carecen de la sensibilidad y especificidad para hacerlo. Hansen y su equipo utilizaron una variedad de técnicas, incluidas dos inventadas específicamente para este estudio, para medir y evaluar reacciones químicas en la atmósfera en el rango de presiones esperadas.
"Utilizamos una variedad de técnicas espectroscópicas para observar la reacción. También creamos una mezcla de gases a diferentes presiones para simular una atmósfera contaminada por trazas de productos de descomposición directa de hidrofluoroolefinas", dijo Hansen. "Luego utilizamos láseres para simular fotones del sol para impulsar la reacción".
Sabemos que el rendimiento de hidrofluoroolefinas descompuestas en compuestos carbonílicos fluorados como el trifluoroacetaldehído puede alcanzar o superar el 100%. Esto significa que todas las moléculas de HFO se convierten en el primer producto y, para algunos HFO, por cada molécula de HFO descompuesta, es posible obtener dos moléculas del producto. Este estudio muestra que el siguiente paso de la reacción produce una pequeña cantidad de fluoroformo a partir de la descomposición del trifluoroacetaldehído en presencia de luz. El fluorometano es el hidrofluorocarbono con mayor potencial de calentamiento global.
"Hemos demostrado exhaustivamente que algunos de los HFO más importantes se descomponen en HFC y hemos proporcionado los primeros datos científicos concluyentes para modelar y predecir las consecuencias de las emisiones a gran escala", afirmó Hansen. "Si bien la reacción produce sólo pequeñas cantidades de fluorometano, esta sustancia química puede persistir en la atmósfera hasta 200 años y tiene un potencial de calentamiento global más de 14.000 veces mayor que el del CO2. Pequeñas cantidades producidas aún pueden tener un impacto significativo".
Muchas crisis atmosféricas nos pillan desprevenidos. "Piense en la gasolina con plomo, los letales eventos de smog del siglo XX, la crisis del agujero de ozono, pero no es porque nuestros modelos no sean lo suficientemente buenos, sino porque faltan componentes químicos importantes en los modelos", dijo.
Esta investigación ahora resuelve una controversia de larga data y proporciona los datos científicos concluyentes necesarios para modelar y predecir los impactos de las emisiones a gran escala de HFO antes de que los formuladores de políticas tengan que responder a las crisis ambientales emergentes.
El grupo de modelado climático de la UNSW, junto con científicos de todo el mundo, ahora está listo para introducir estos datos en modelos para ayudar a calcular los impactos ambientales del uso continuo de HFO.
Si bien quedan dudas, este documento proporciona evidencia importante para los próximos pasos a la hora de abordar el impacto ambiental de las sustancias químicas que emitimos a la atmósfera. El equipo está planeando nuevos trabajos experimentales. "En este artículo, realizamos experimentos utilizando una única longitud de onda, la longitud de onda que se utiliza actualmente en los estudios que guían a los reguladores, la industria y el gobierno", dijo Hansen. "Planeamos utilizar otras longitudes de onda de luz para estudiar esta reacción química porque los rendimientos pueden ser mayores o menores en otras longitudes de onda de luz". "
Compilado de /ScitechDaily