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Clorofluorocarbono

Los clorofluorocarbonos ( CFC ) y los hidroclorofluorocarbonos ( HCFC ) son hidrocarburos total o parcialmente halogenados que contienen carbono (C), hidrógeno (H), cloro (Cl) y...

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Los clorofluorocarbonos ( CFC ) y los hidroclorofluorocarbonos ( HCFC ) son hidrocarburos total o parcialmente halogenados que contienen carbono (C), hidrógeno (H), cloro (Cl) y flúor (F). Se producen como derivados volátiles del metano , el etano y el propano .

El ejemplo más común de un CFC es el diclorodifluorometano (R-12). El R-12, también conocido como Freón , se utiliza como refrigerante. Muchos CFC se han utilizado ampliamente como refrigerantes , propelentes (en aplicaciones de aerosoles ), sistemas de extinción de incendios gaseosos y disolventes . Debido a que los CFC contribuyen al agotamiento de la capa de ozono en la atmósfera superior , la fabricación de estos compuestos se ha eliminado gradualmente en virtud del Protocolo de Montreal y se están reemplazando con otros productos como los hidrofluorocarbonos (HFC) y las hidrofluoroolefinas (HFO) [ 1 ] , incluidos el R-410A , el R-134a y el R-1234yf . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Estructura, propiedades y producción

Al igual que en los alcanos más simples , los carbonos en los CFC se enlazan con simetría tetraédrica . Debido a que los átomos de flúor y cloro difieren mucho en tamaño y carga efectiva del hidrógeno y entre sí, los CFC derivados del metano se desvían de la simetría tetraédrica perfecta. [ 5 ]

Las propiedades físicas de los CFC y HCFC pueden verse afectadas por cambios en el número y la identidad de los átomos de halógeno . Generalmente son volátiles, pero menos que sus alcanos precursores. La menor volatilidad se atribuye a la polaridad molecular inducida por los haluros , que provoca interacciones intermoleculares. Así, el metano hierve a -161 °C ,  mientras que los fluorometanos hierven entre -51,7 °C ( CF₂H₂ ) y -128  °C ( CF₄ ) . Los CFC aún presentan puntos de ebullición más altos porque el cloruro es incluso más polarizable que el fluoruro. Debido a su polaridad, los CFC son disolventes útiles, y sus puntos de ebullición los hacen adecuados como refrigerantes. Los CFC son mucho menos inflamables que el metano, en parte porque contienen menos enlaces C-H y en parte porque, en el caso de los cloruros y bromuros, los haluros liberados neutralizan los radicales libres que mantienen las llamas.

Las densidades de los CFC son mayores que las de sus alcanos correspondientes. En general, la densidad de estos compuestos se correlaciona con el número de cloruros.

Los CFC y los HCFC se producen generalmente mediante intercambio de halógenos a partir de metanos y etanos clorados. A continuación se describe la síntesis de clorodifluorometano a partir de cloroformo :

HCCl₃ + 2 HF → HCF₂Cl + 2 HCl

Los derivados bromados se generan mediante reacciones de radicales libres de hidroclorofluorocarbonos, en las que se sustituyen los enlaces C–H por enlaces C–Br. La producción del anestésico 2-bromo-2-cloro-1,1,1-trifluoroetano ("halotano") se describe a continuación:

CF₃CH₂Cl + Br₂ → CF₃CHBrCl + HBr​​

Aplicaciones

Los CFC y los HCFC se utilizan en diversas aplicaciones debido a su baja toxicidad, reactividad e inflamabilidad. [ 6 ] Se han estudiado todas las combinaciones posibles de flúor, cloro e hidrógeno basadas en metano y etano, y la mayoría se han comercializado. Además, se conocen muchos ejemplos con mayor número de átomos de carbono, así como compuestos relacionados que contienen bromo. Entre sus usos se incluyen refrigerantes , agentes espumantes , propelentes de aerosoles en aplicaciones médicas y disolventes desengrasantes.

Se producen anualmente miles de millones de kilogramos de clorodifluorometano como precursor del tetrafluoroetileno , el monómero que se convierte en teflón . [ 7 ]

Clases de compuestos y sistema de numeración

  • Clorofluorocarbonos (CFC): cuando se derivan del metano y el etano, estos compuestos tienen las fórmulas CCl m F 4−m y C 2 Cl m F 6−m , donde m es distinto de cero.
  • Hidroclorofluorocarbonos (HCFC): cuando se derivan del metano y el etano, estos compuestos tienen la fórmula CCl m F n H 4−m−n y C 2 Cl x F y H 6−x−y , donde m, n, x e y son distintos de cero.
  • Los bromofluorocarbonos (BFC) tienen fórmulas similares a las de los CFC y los HCFC, pero también incluyen bromo.
  • Hidrofluorocarbonos (HFC): cuando se derivan del metano , etano , propano y butano , estos compuestos tienen las fórmulas respectivas CF m H 4−m , C 2 F m H 6−m , C 3 F m H 8−m , y C 4 F m H 10−m , donde m es distinto de cero.

Sistema de numeración

Se utiliza un sistema de numeración especial para los alcanos fluorados, con los prefijos Freon-, R-, CFC- y HCFC-, donde el valor de la derecha indica el número de átomos de flúor, el siguiente valor a la izquierda es el número de átomos de hidrógeno más 1, y el siguiente valor a la izquierda es el número de átomos de carbono menos uno (los ceros no se indican), y los átomos restantes son cloro .

Por ejemplo, el freón-12 indica un derivado del metano (solo dos números) que contiene dos átomos de flúor (el segundo 2) y ningún hidrógeno (1 − 1 = 0). Por lo tanto , es CCl₂F₂ . [ 8 ]

Otra ecuación que se puede aplicar para obtener la fórmula molecular correcta de los compuestos de la clase CFC/R/Freón es tomar la numeración y sumarle 90. El valor resultante dará el número de carbonos como primer dígito, el segundo dígito dará el número de átomos de hidrógeno y el tercer dígito dará el número de átomos de flúor. El resto de los enlaces de carbono no contabilizados están ocupados por átomos de cloro. El valor de esta ecuación siempre es un número de tres cifras. Un ejemplo sencillo es el del CFC-12, que da: 90+12=102 -> 1 carbono, 0 hidrógenos, 2 átomos de flúor y, por lo tanto, 2 átomos de cloro, resultando en CCl₂F₂ . La principal ventaja de este método para deducir la composición molecular en comparación con el método descrito en el párrafo anterior es que proporciona el número de átomos de carbono de la molécula . [ 9 ]

Los freones que contienen bromo se identifican con cuatro números. Los isómeros , comunes en los derivados del etano y el propano, se indican con letras que siguen a los números:

Reacciones

La reacción de los CFC que es responsable del agotamiento del ozono, es la escisión fotoinducida de un enlace C-Cl: [ 10 ]

CCl₃F → CCl₂F • + Cl •​

El átomo de cloro, a menudo representado como Cl • , se comporta de manera muy diferente a la molécula de cloro ( Cl₂ ) . El radical Cl • tiene una larga vida en la atmósfera superior, donde cataliza la conversión de ozono en O₂ . El ozono absorbe la radiación UV-B, por lo que su agotamiento permite que una mayor cantidad de esta radiación de alta energía llegue a la superficie terrestre. Los átomos de bromo son catalizadores aún más eficientes; por lo tanto, los CFC bromados también están regulados. [ 11 ]

Impacto como gases de efecto invernadero

La influencia de los gases de efecto invernadero en la atmósfera sobre el calentamiento global ha aumentado sustancialmente en los últimos años. El incremento de las emisiones de dióxido de carbono procedentes de la quema de combustibles fósiles es el principal factor determinante. El impacto relativamente menor, pero significativo, del calentamiento global provocado por las emisiones de los CFC más abundantes (CFC11 y CFC12) persistirá durante muchas décadas más. [ 12 ] [ 13 ]

Los CFC se eliminaron gradualmente mediante el Protocolo de Montreal debido a su papel en el agotamiento de la capa de ozono .

Los CFC afectan negativamente la producción de ozono estratosférico.

Los impactos atmosféricos de los CFC no se limitan a su función como sustancias químicas que agotan la capa de ozono. Las bandas de absorción infrarroja impiden que el calor en esa longitud de onda escape de la atmósfera terrestre. Los CFC presentan sus bandas de absorción más intensas, provenientes de los enlaces CF y C-Cl, en la región espectral de 7,8 a 15,3 μm [ 14 ] , denominada "ventana atmosférica" ​​debido a la relativa transparencia de la atmósfera dentro de esta región. [ 15 ]

La fuerza de las bandas de absorción de CFC y la susceptibilidad única de la atmósfera en longitudes de onda donde los CFC (de hecho, todos los compuestos de flúor covalentes) absorben radiación [ 16 ] crean un "super" efecto invernadero a partir de los CFC y otros gases no reactivos que contienen flúor, como perfluorocarbonos , HFC , HCFC , bromofluorocarbonos , SF 6 y NF 3 . [ 17 ] Esta absorción de "ventana atmosférica" ​​se intensifica por la baja concentración de cada CFC individual. Debido a que el CO 2 está cerca de la saturación con altas concentraciones y pocas bandas de absorción infrarroja, el balance de radiación y por lo tanto el efecto invernadero tiene baja sensibilidad a los cambios en la concentración de CO 2 ; [ 18 ] el aumento de temperatura es aproximadamente logarítmico. [ 19 ] Por el contrario, la baja concentración de CFC permite que sus efectos aumenten linealmente con la masa, [ 17 ] de modo que los clorofluorocarbonos son gases de efecto invernadero con un potencial mucho mayor para potenciar el efecto invernadero que el CO 2 .

Los grupos están eliminando activamente los CFC heredados para reducir su impacto en la atmósfera. [ 20 ]

Según la NASA en 2018, el agujero en la capa de ozono ha comenzado a recuperarse como resultado de la prohibición de los CFC. [ 21 ] Sin embargo, una investigación publicada en 2019 informó un aumento alarmante de CFC, lo que apunta a un uso no regulado en China. [ 22 ]

Historia

Antes y durante la década de 1920, los refrigeradores utilizaban gases tóxicos como refrigerantes, entre ellos amoníaco, dióxido de azufre y clorometano. Más adelante, en la década de 1920, tras una serie de accidentes mortales relacionados con fugas de clorometano de refrigeradores, se inició un importante esfuerzo de colaboración entre las corporaciones estadounidenses Frigidaire, General Motors y DuPont para desarrollar una alternativa más segura y no tóxica. A Thomas Midgley Jr., de General Motors, se le atribuye la síntesis de los primeros clorofluorocarbonos. La corporación Frigidaire obtuvo la primera patente, la número 1.886.339, para la fórmula de los CFC el 31 de diciembre de 1928. En una demostración para la Sociedad Química Estadounidense , Midgley demostró de forma ostentosa todas estas propiedades inhalando una bocanada del gas y usándola para apagar una vela [ 23 ] en 1930. [ 24 ] [ 25 ]

En 1930, General Motors y Du Pont formaron la Kinetic Chemical Company para producir Freón, y en 1935, Frigidaire y sus competidores vendieron más de 8 millones de refrigeradores que utilizaban R-12. En 1932, Carrier comenzó a usar R-11 en la primera unidad de aire acondicionado doméstica autónoma del mundo, conocida como "gabinete atmosférico". Debido a que los CFC eran en gran medida no tóxicos, rápidamente se convirtieron en el refrigerante preferido en los grandes sistemas de aire acondicionado. Los códigos de salud pública en las ciudades se revisaron para designar a los clorofluorocarbonos como los únicos gases que podían usarse como refrigerantes en edificios públicos. [ 26 ]

El crecimiento de los CFC continuó durante las décadas siguientes, alcanzando ventas anuales máximas de más de mil millones de dólares estadounidenses y una producción anual superior a un millón de toneladas métricas. No fue hasta 1974 que dos químicos de la Universidad de California, el profesor F. Sherwood Rowland y el Dr. Mario Molina, descubrieron que el uso de clorofluorocarbonos estaba provocando una disminución significativa de las concentraciones de ozono atmosférico. Esto dio inicio a la iniciativa ambiental que finalmente culminó con la promulgación del Protocolo de Montreal. [ 27 ] [ 28 ]

Desarrollo comercial y uso en la extinción de incendios

Durante la Segunda Guerra Mundial , diversos cloroalcanos se utilizaban habitualmente en aeronaves militares, aunque estos primeros halones presentaban una toxicidad excesiva. No obstante, tras la guerra, su uso se fue generalizando en la aviación civil. En la década de 1960, los fluoroalcanos y bromofluoroalcanos estuvieron disponibles y rápidamente se reconocieron como materiales altamente eficaces para la extinción de incendios. Gran parte de la investigación inicial con Halón 1301 se llevó a cabo bajo los auspicios de las Fuerzas Armadas de EE. UU., mientras que el Halón 1211 se desarrolló inicialmente en el Reino Unido. A finales de la década de 1960, se convirtieron en estándar en numerosas aplicaciones donde los extintores de agua y polvo seco suponían un riesgo para la propiedad protegida, como salas de informática, centrales de telecomunicaciones, laboratorios, museos y colecciones de arte. A partir de los buques de guerra , en la década de 1970, los bromofluoroalcanos también se asociaron progresivamente con la extinción rápida de incendios graves en espacios confinados, con un riesgo mínimo para el personal.

A principios de la década de 1980, los bromofluoroalcanos se utilizaban comúnmente en aeronaves, barcos y vehículos grandes, así como en instalaciones informáticas y galerías. Sin embargo, comenzaba a expresarse preocupación por el impacto de los cloroalcanos y bromoalcanos en la capa de ozono . El Convenio de Viena para la Protección de la Capa de Ozono no incluyó los bromofluoroalcanos bajo las mismas restricciones, ya que se consideró que la descarga de emergencia de los sistemas de extinción era de un volumen demasiado pequeño como para producir un impacto significativo y demasiado importante para la seguridad humana como para restringirla. En cambio, el consumo de bromofluoroalcanos se congeló a los niveles de 1986. [ 29 ]

Regulación

Desde finales de la década de 1970, el uso de CFC ha estado estrictamente regulado debido a sus efectos destructivos sobre la capa de ozono . Tras el desarrollo de su detector de captura de electrones , James Lovelock fue el primero en detectar la presencia generalizada de CFC en el aire, hallando una fracción molar de 60 ppt de CFC-11 sobre Irlanda . En una expedición de investigación autofinanciada que finalizó en 1973, Lovelock continuó midiendo el CFC-11 tanto en el Ártico como en la Antártida, encontrando la presencia del gas en cada una de las 50 muestras de aire recogidas y concluyendo que los CFC no son peligrosos para el medio ambiente. Sin embargo, el experimento proporcionó los primeros datos útiles sobre la presencia de CFC en la atmósfera. El daño causado por los CFC fue descubierto por Sherry Rowland y Mario Molina , quienes, tras asistir a una conferencia sobre el trabajo de Lovelock, iniciaron una investigación que culminó en la primera publicación que sugería esta conexión en 1974. Resulta que una de las características más atractivas de los CFC —su baja reactividad— es clave para sus efectos más destructivos. La falta de reactividad de los CFC les confiere una vida útil que puede superar los 100 años, lo que les da tiempo para difundirse en la estratosfera superior . [ 30 ] Una vez en la estratosfera, la radiación ultravioleta del sol es lo suficientemente fuerte como para provocar la ruptura homolítica del enlace C-Cl. En 1976, en virtud de la Ley de Control de Sustancias Tóxicas, la EPA prohibió la fabricación y el uso comercial de CFC y propelentes de aerosoles. Esta prohibición fue posteriormente reemplazada por las enmiendas de 1990 a la Ley de Aire Limpio para abordar el agotamiento del ozono estratosférico. [ 31 ]

Una animación que muestra la distribución del ozono por colores a lo largo de los años, sobre Norteamérica, en 6 etapas. Comienza con una gran cantidad de ozono, especialmente sobre Alaska, y para 2060 prácticamente ha desaparecido de norte a sur.
Proyección de la NASA sobre el ozono estratosférico, en unidades Dobson , si no se hubieran prohibido los clorofluorocarbonos. Versión animada .

En 1987, en respuesta a un drástico agotamiento estacional de la capa de ozono sobre la Antártida , los diplomáticos reunidos en Montreal firmaron el Protocolo de Montreal , que exigía reducciones drásticas en la producción de CFC. El 2 de marzo de 1989, doce países de la Comunidad Europea acordaron prohibir la producción de todos los CFC para finales de siglo. En 1990, los diplomáticos se reunieron en Londres y votaron a favor de fortalecer significativamente el Protocolo de Montreal, exigiendo la eliminación total de los CFC para el año 2000. Para 2010, los CFC también deberían haberse eliminado por completo en los países en desarrollo.

Tendencias de los gases que agotan la capa de ozono

Debido a que los únicos CFC disponibles para los países que se adhieren al tratado provienen del reciclaje, sus precios han aumentado considerablemente. Un cese mundial de la producción también debería acabar con el contrabando de este material. Sin embargo, existen problemas actuales de contrabando de CFC, como lo reconoció el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) en un informe de 2006 titulado "Comercio ilegal de sustancias que agotan la capa de ozono". El PNUMA estima que entre 16.000 y 38.000 toneladas de CFC pasaron por el mercado negro a mediados de la década de 1990. El informe estimó que entre 7.000 y 14.000 toneladas de CFC se introducen de contrabando anualmente en los países en desarrollo. Los países asiáticos son los que presentan el mayor contrabando; En 2007, se determinó que China, India y Corea del Sur representaban alrededor del 70% de la producción mundial de CFC, [ 32 ] Corea del Sur prohibió posteriormente la producción de CFC en 2010. [ 33 ] También se examinaron posibles razones para el continuo contrabando de CFC: el informe señaló que muchos de los sistemas de refrigeración diseñados para funcionar con productos CFC prohibidos tienen una larga vida útil y siguen funcionando. El costo de reemplazar el equipo de estos elementos a veces es más barato que equiparlos con un aparato más respetuoso con la capa de ozono. Además, el contrabando de CFC no se considera un problema significativo, por lo que las sanciones percibidas por contrabando son bajas. En 2018, se llamó la atención pública sobre el problema de que en un lugar desconocido del este de Asia se habían producido aproximadamente 13 000 toneladas métricas anuales de CFC desde 2012 en violación del protocolo. [ 34 ] [ 35 ] Si bien es probable la eliminación gradual de los CFC, se están realizando esfuerzos para frenar estos problemas actuales de incumplimiento.

Para la época del Protocolo de Montreal , se comprendió que las descargas deliberadas y accidentales durante las pruebas y el mantenimiento del sistema representaban volúmenes sustancialmente mayores que las descargas de emergencia, y en consecuencia, los halones se incluyeron en el tratado, aunque con muchas excepciones. [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]

Brecha regulatoria

Si bien la producción y el consumo de CFC están regulados por el Protocolo de Montreal, las emisiones de los depósitos existentes de CFC no están reguladas por dicho acuerdo. En 2002, se estimaba que había 5791 kilotones de CFC en productos existentes, como refrigeradores, aires acondicionados, aerosoles y otros. [ 39 ] Se prevé que aproximadamente un tercio de estos CFC se emitan durante la próxima década si no se toman medidas, lo que representa una amenaza tanto para la capa de ozono como para el clima. [ 40 ] Una parte de estos CFC puede capturarse y destruirse de forma segura mediante incineración controlada a alta temperatura, que destruye la molécula de CFC. [ 41 ]

Regulación y DuPont

En 1978, Estados Unidos prohibió el uso de CFC, como el Freón, en aerosoles, lo que marcó el inicio de una larga serie de medidas regulatorias contra su uso. La patente de fabricación de Freón de DuPont, de vital importancia ("Proceso para la fluoración de halohidrocarburos", Patente estadounidense n.° 3258500), expiraba en 1979. Junto con otras empresas del sector, DuPont formó un grupo de presión, la "Alianza para una Política Responsable sobre los CFC", para combatir las regulaciones sobre los compuestos que agotan la capa de ozono. [ 42 ] En 1986, DuPont, con nuevas patentes en mano, revirtió su postura anterior y condenó públicamente los CFC. [ 43 ] Representantes de DuPont comparecieron ante el Protocolo de Montreal instando a que se prohibieran los CFC en todo el mundo y declararon que sus nuevos HCFC satisfarían la demanda mundial de refrigerantes. [ 43 ]

Eliminación gradual de los CFC

El uso de ciertos cloroalcanos como disolventes para aplicaciones a gran escala, como la limpieza en seco, se ha ido eliminando progresivamente, por ejemplo, mediante la Directiva IPPC sobre gases de efecto invernadero de 1994 y la Directiva sobre compuestos orgánicos volátiles (COV) de la UE de 1997. Los usos permitidos de los clorofluoroalcanos son exclusivamente medicinales.

Los bromofluoroalcanos se han eliminado en gran medida y la posesión de equipos para su uso está prohibida en algunos países, como los Países Bajos y Bélgica, desde el 1 de enero de 2004, según el Protocolo de Montreal y las directrices de la Unión Europea.

La producción de nuevas existencias cesó en la mayoría (probablemente en todos) los países en 1994. [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] Sin embargo, muchos países aún exigen que las aeronaves estén equipadas con sistemas de extinción de incendios de halón porque no se ha descubierto ninguna alternativa segura y completamente satisfactoria para esta aplicación. También existen algunos otros usos altamente especializados. Estos programas reciclan el halón a través de "bancos de halón" coordinados por la Halon Recycling Corporation [ 47 ] para garantizar que la descarga a la atmósfera ocurra solo en una emergencia real y para conservar las existencias restantes.

Los sustitutos provisionales de los CFC son los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), que agotan el ozono estratosférico, pero en mucha menor medida que los CFC. [ 48 ] En última instancia, los hidrofluorocarbonos (HFC) sustituirán a los HCFC. A diferencia de los CFC y los HCFC, los HFC tienen un potencial de agotamiento del ozono (PAO) de 0. [ 49 ] DuPont comenzó a producir hidrofluorocarbonos como alternativas al Freón en la década de 1980. Estos incluían refrigerantes Suva y propelentes Dymel. [ 50 ] Los refrigerantes naturales son soluciones respetuosas con el clima que gozan de un apoyo creciente por parte de grandes empresas y gobiernos interesados ​​en reducir las emisiones de calentamiento global procedentes de la refrigeración y el aire acondicionado .

Eliminación gradual de los HFC y HCFC

Los hidrofluorocarbonos están incluidos en el Protocolo de Kioto y están regulados por la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal [ 51 ] debido a su muy alto potencial de calentamiento global (PCG) y al reconocimiento de las contribuciones de los halocarbonos al cambio climático. [ 52 ]

El 21 de septiembre de 2007, aproximadamente 200 países acordaron acelerar la eliminación total de los hidroclorofluorocarbonos para 2020 en una cumbre patrocinada por las Naciones Unidas en Montreal . A los países en desarrollo se les dio de plazo hasta 2030. Muchos países, como Estados Unidos y China , que anteriormente se habían resistido a tales esfuerzos , aceptaron el calendario de eliminación acelerada. [ 53 ] India logró con éxito la eliminación completa del HCFC-141 b en 2020. [ 54 ]

Se informó que los niveles de HCFC en la atmósfera habían comenzado a disminuir en 2021 debido a su eliminación gradual bajo el Protocolo de Montreal. [ 55 ]

Recolección, control y destrucción adecuados de CFC y HCFC.

Tanques de freón a la espera de la recuperación de CFC y el reciclaje de contenedores en 2012.

Aunque se ha prohibido la producción de estos refrigerantes, aún existen grandes cantidades en sistemas antiguos, lo que representa una amenaza inmediata para el medio ambiente. [ 56 ] Prevenir la liberación de estos refrigerantes dañinos se considera una de las medidas más eficaces que podemos tomar para mitigar el cambio climático catastrófico. [ 57 ]

Desarrollo de alternativas para los CFC

Los trabajos para encontrar alternativas a los clorofluorocarbonos en los refrigerantes comenzaron a finales de la década de 1970, tras la publicación de las primeras advertencias sobre los daños que causaban al ozono estratosférico .

Los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) son menos estables en la atmósfera inferior, lo que les permite descomponerse antes de llegar a la capa de ozono. Sin embargo, una fracción significativa de los HCFC se descompone en la estratosfera y ha contribuido a una mayor acumulación de cloro allí de lo que se predijo originalmente. Las alternativas posteriores que carecen de cloro, los hidrofluorocarbonos (HFC), tienen vidas medias aún más cortas en la atmósfera inferior. [ 48 ] Uno de estos compuestos, el HFC-134a , se utilizó en lugar del CFC-12 en los sistemas de aire acondicionado de los automóviles. Los refrigerantes de hidrocarburos (una mezcla de propano/isobutano) también se utilizaron ampliamente en los sistemas de aire acondicionado móviles en Australia, EE. UU. y muchos otros países, ya que tenían excelentes propiedades termodinámicas y funcionaban particularmente bien a altas temperaturas ambiente. El 1,1-dicloro-1-fluoroetano (HCFC-141b) ha reemplazado al HFC-134a, debido a sus bajos valores de ODP y GWP. Y según el Protocolo de Montreal, el HCFC-141b debe eliminarse por completo y sustituirse por sustancias con cero potencial de agotamiento de la capa de ozono, como el ciclopentano , los HFO y el HFC-345a, antes de enero de 2020. [ 58 ]

Entre los refrigerantes naturales (junto con el amoníaco y el dióxido de carbono), los hidrocarburos tienen impactos ambientales insignificantes y se utilizan en todo el mundo en aplicaciones de refrigeración domésticas y comerciales, y están empezando a estar disponibles en los nuevos sistemas de aire acondicionado divididos. [ 59 ] Otros disolventes y métodos han sustituido el uso de CFC en análisis de laboratorio. [ 60 ]

En los inhaladores de dosis medida (IDM), se desarrolló un sustituto que no afecta al ozono como propelente, conocido como " hidrofluoroalcano ". [ 61 ]

Desarrollo de hidrofluoroolefinas como alternativas a los CFC y HCFC

El desarrollo de hidrofluoroolefinas (HFO) como sustitutos de los hidroclorofluorocarbonos e hidrofluorocarbonos comenzó después de la enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal en 2016, que exigió la eliminación gradual de los refrigerantes con alto potencial de calentamiento global (PCG) y su sustitución por otros refrigerantes con un PCG menor, más cercano al del dióxido de carbono. [ 62 ] Las HFO tienen un potencial de agotamiento de la capa de ozono de 0,0, en comparación con el 1,0 del CFC-11 principal, y un PCG bajo que las convierte en alternativas ambientalmente más seguras que los CFC, HCFC y HFC. [ 63 ] [ 64 ]

Las hidrofluoroolefinas sirven como sustitutos funcionales para aplicaciones donde antes se utilizaban hidrofluorocarbonos de alto PCA. En abril de 2022, la EPA firmó una norma final prepublicada que incluye el HFO-1234yf en el Programa de Política de Alternativas Nuevas Significativas (SNAP) para sistemas de aire acondicionado de vehículos no de carretera y accesorios de servicio para pequeños recipientes de refrigerante. Esta normativa permite que el HFO-1234yf se utilice en aplicaciones donde antes se empleaban CFC que agotan la capa de ozono, como el R-12, y HFC de alto PCA, como el R-134a. [ 65 ] La eliminación gradual y la sustitución de los CFC y los HFC en la industria automotriz reducirán en última instancia la liberación de estos gases a la atmósfera y, a su vez, contribuirán positivamente a la mitigación del cambio climático. [ 66 ] [ 67 ]

Indicador de la circulación oceánica

Dado que la historia de las concentraciones de CFC en la atmósfera es relativamente bien conocida, estas han proporcionado una importante limitación para la comprensión de la circulación oceánica. Los CFC se disuelven en el agua de mar en la superficie oceánica y posteriormente se transportan al interior del océano. Debido a que los CFC son inertes, su concentración en el interior del océano refleja simplemente la combinación de su evolución temporal atmosférica y la circulación y mezcla oceánicas.

La entrada de CFC en el océano los hace extremadamente útiles como trazadores transitorios para estimar las tasas y trayectorias de los procesos de circulación y mezcla oceánica. [ 68 ] [ 69 ] Sin embargo, debido a las restricciones de producción de CFC en la década de 1980, las concentraciones atmosféricas de CFC-11 y CFC-12 han dejado de aumentar, y la relación CFC-11 a CFC-12 en la atmósfera ha estado disminuyendo constantemente, lo que hace que la datación del agua de las masas de agua sea más problemática. [ 69 ] De manera incidental, la producción y liberación de hexafluoruro de azufre ( SF 6 ) ha aumentado rápidamente en la atmósfera desde la década de 1970. [ 69 ] Al igual que los CFC, el SF 6 también es un gas inerte y no se ve afectado por las actividades químicas o biológicas oceánicas. [ 70 ] Por lo tanto, el uso de CFC junto con SF 6 como trazador resuelve los problemas de datación del agua debido a la disminución de las concentraciones de CFC.

El uso de CFC o SF6 como trazadores de la circulación oceánica permite derivar tasas para procesos oceánicos debido a la función fuente dependiente del tiempo. El tiempo transcurrido desde que una masa de agua subsuperficial estuvo en contacto por última vez con la atmósfera es la edad derivada del trazador. [ 71 ] Las estimaciones de edad pueden derivarse en función de la presión parcial de un compuesto individual y la relación de la presión parcial de los CFC entre sí (o SF6 ). [ 71 ]

La edad de una masa de agua se puede estimar mediante la edad de presión parcial de CFC (pCFC) o la edad de presión parcial de SF6 (pSF6 ) . La edad pCFC de una muestra de agua se define como:

pagdoFdo=[doFdo]F(T,S){\displaystyle pCFC={\frac {[CFC]}{F(T,S)}}}

donde [CFC] es la concentración medida de CFC (pmol kg −1 ) y F es la solubilidad del gas CFC en agua de mar en función de la temperatura y la salinidad. [ 72 ] La presión parcial de CFC se expresa en unidades de 10–12 atmósferas o partes por billón (ppt). [ 73 ] Las mediciones de solubilidad de CFC-11 y CFC-12 fueron medidas previamente por Warner y Weiss [ 73 ] Además, la medición de solubilidad de CFC-113 fue medida por Bu y Warner [ 74 ] y la de SF 6 por Wanninkhof et al. [ 75 ] y Bullister et al. [ 76 ] Estos autores mencionados anteriormente han expresado la solubilidad (F) a una presión total de 1 atm como:

ln⁡F=a1+a2(100T)+a3ln⁡(T100)+a4(T100)2+S[b1+b2(T100)+b3(T100)2]{\displaystyle \ln F=a_{1}+a_{2}\left({\frac {100}{T}}\right)+a_{3}\ln \left({\frac {T}{100}}\right)+a_{4}\left({\frac {T}{100}}\right)^{2}+S\left[b_{1}+b_{2}\left({\frac {T}{100}}\right)+b_{3}\left({\frac {T}{100}}\right)^{2}\right]}

donde F = solubilidad expresada en mol l −1 o mol kg −1 atm −1 , T = temperatura absoluta, S = salinidad en partes por mil (ppt), a 1 , a 2 , a 3 , b 1 , b 2 , y b 3 son constantes que se determinarán a partir del ajuste por mínimos cuadrados a las mediciones de solubilidad. [ 74 ] Esta ecuación se deriva de la ecuación integrada de Van 't Hoff y la dependencia logarítmica de la salinidad de Setchenow. [ 74 ]

Se puede observar que la solubilidad de los CFC aumenta al disminuir la temperatura en aproximadamente un 1% por grado Celsius. [ 71 ]

Una vez obtenida la presión parcial del CFC (o SF6 ), se compara con las historias temporales atmosféricas del CFC-11, CFC-12 o SF6 , donde la pCFC corresponde directamente al año con la misma. La diferencia entre la fecha correspondiente y la fecha de recolección de la muestra de agua de mar es la edad promedio de la parcela de agua. [ 71 ] La edad de una parcela de agua también puede calcularse utilizando la relación de dos presiones parciales de CFC o la relación de la presión parcial del SF6 con la de un CFC . [ 71 ]

Seguridad

Según sus hojas de datos de seguridad de materiales, los CFC y los HCFC son líquidos y gases incoloros, volátiles y no tóxicos con un ligero olor etéreo y dulce. La sobreexposición a concentraciones del 11 % o más puede causar mareos, pérdida de concentración, depresión del sistema nervioso central o arritmia cardíaca . Los vapores desplazan el aire y pueden causar asfixia en espacios confinados. La absorción dérmica de clorofluorocarbonos es posible, pero baja. La absorción pulmonar de clorofluorocarbonos inhalados se produce rápidamente, alcanzando concentraciones máximas en sangre en tan solo 15 segundos, manteniéndose estables, y estabilizándose después de 20 minutos. La absorción de clorofluorocarbonos ingeridos por vía oral es de 35 a 48 veces menor en comparación con la inhalación. [ 77 ] Aunque no son inflamables, sus productos de combustión incluyen ácido fluorhídrico y especies relacionadas. [ 78 ] La exposición ocupacional normal se clasifica en 0,07 % y no representa ningún riesgo grave para la salud. [ 79 ]

Referencias

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  • Preguntas frecuentes sobre nomenclatura
  • Sustancias que agotan la capa de ozono de clase I
  • Sustancias que agotan la capa de ozono de clase II (HCFC)
  • Historia del uso de halón por la Armada de los EE. UU. Archivado el 19 de agosto de 2000 en Wayback Machine.
  • Proceso que utiliza pirólisis en un arco de plasma de ultra alta temperatura para la eliminación de CFC.
  • Freón en el aire acondicionado del coche
  • Eliminación gradual de los halones en los extintores
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