Właściwości środowiskowe

3MTM NovecTM 1230 Środek Gaśniczy
Dokument techniczny
Właściwości środowiskowe
Novec™ 1230 został opracowany jako przyjazny dla środowiska naturalnego środek gaśniczy. Służy przede wszystkim do gaszenia przez całkowite
wypełnienie pomieszczenia i jest pierwszym fluorowcowanym zamiennikiem halonów, przy którego opracowaniu wzięto pod uwagę kwestie zarówno ochrony warstwy ozonowej, jak i zapobiegania zmianom klimatu (tj. globalnemu ociepleniu).
Definicje
Mówiąc o związkach fluorowcowanych, powszechnie używa się kilku pojęć związanych z ich oddziaływaniem na środowisko. Poniżej wyjaśniono znaczenie
tych pojęć.
Potencjał niszczenia warstwy ozonowej (ODP) – jest to wskaźnik będący względną miarą oddziaływania danego związku na stratosferyczną warstwę
ozonową. Jak wiadomo, halogenki bromu i chloru powodują niszczenie warstwy ozonowej. Każdy atom tych halogenków może wchodzić w reakcje
z tysiącami cząsteczek ozonu, co w efekcie powoduje spadek grubości warstwy ozonowej. Z drugiej jednak strony stwierdzono, że halogenek fluoru nie
ma wpływu na warstwę ozonową. Novec™ 1230 jest wysokofluorowcowanym ketonem, niezawierającym atomów chloru ani bromu. Dzięki temu wskaźnik
ODP dla środka gaśniczego Novec™ 1230 wynosi zero. Oznacza to, że nie oddziałuje on na ozon stratosferyczny.
Potencjał tworzenia efektu cieplarnianego (GWP) – parametr będący względnym miernikiem potencjalnego oddziaływania na klimat, spowodowanego
obecnością w atmosferze związku chemicznego o własnościach gazu cieplarnianego. Dwie główne cechy, decydujące o tym, czy dana substancja będzie
działać jak gaz cieplarniany, to poziom absorpcji promieniowania podczerwonego i trwałość w atmosferze.
Wszystkie związki organiczne absorbują promieniowanie podczerwone. Substancje, w których występują wiązania węgla z chlorem, zazwyczaj cechują się
wysokim poziomem pochłaniania tego promieniowania. Jeżeli dodatkowo związki te długo utrzymują się w atmosferze, to dany materiał ma wysoki współczynnik GWP. Cechą wyróżniającą Novec™ 1230 na tle pierwszych fluorowcowanych zamienników halonów jest wyjątkowo krótki czas życia w atmosferze.
Dotychczasowe zamienniki halonu mogły istnieć w atmosferze bardzo długo – czas ich degradacji po wyemitowaniu sięgał dziesiątek, setek, a nawet tysięcy
lat. W przeciwieństwie do nich Novec™ 1230 po uwolnieniu do atmosfery ulega rozkładowi w bardzo krótkim czasie. Pod działaniem naturalnego światła
słonecznego substancja ta zanika w ciągu zaledwie kilku dni. Z drugiej strony, jako komponent instalacji ppoż., ten niezwykły materiał zachowuje stabilność
w normalnych warunkach magazynowania.
W jaki sposób oblicza się potencjał tworzenia efektu cieplarnianego
Zgodnie z definicją ustaloną przez Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC) [1], wskaźnik GWP substancji oblicza się jako całkowite wymuszenie
radiacyjne spowodowane uwolnieniem 1 kilograma danego związku chemicznego w odniesieniu do ocieplenia spowodowanego przez 1 kilogram CO2
w określonym przedziale czasu (horyzont czasowy oddziaływania danej substancji (ITH)):
F jest wymuszeniem radiacyjnym na jednostkę masy danej substancji (zmianą strumienia promieniowania w atmosferze spowodowaną absorpcją promieniowania podczerwonego przez tę substancję), C jest stężeniem danej substancji w atmosferze, jest czasem życia substancji w atmosferze, t jest czasem,
zaś x substancją, dla której wykonywane jest obliczenie [1].
Na potrzeby porównań powszechnie przyjmuje się ITH równe 100 lat, co jest kompromisem między efektami krótkoterminowymi (20 lat) a długoterminowymi
(500 lat i więcej). Zakłada się, że stężenie związku organicznego w atmosferze (tj. x) zmienia się zgodnie z równaniem kinetycznym pseudo I rzędu (tj. spada
wykładniczo). Stężenie CO2 w tym samym przedziale czasu zmienia się według bardziej skomplikowanego modelu wymiany i eliminowania CO2 z atmosfery
(model cyklu węglowego Berna).
Czas życia w atmosferze środka gaśniczego Novec™ 1230
Zespół pracujący pod kierunkiem Taniguchi [2] przeprowadził badania mechanizmów eliminowania z atmosfery substancji CF3CF2C(O)CF(CF3)2, znanej pod
nazwą handlową Środek Gaśniczy 3M™ Novec™ 1230. Autorzy badania ustalili, że związek ten nie wchodzi w reakcję z rodnikiem hydroksylowym (OH),
a jego szybki rozkład zachodzi pod wpływem promieniowania UV. Autorzy zmierzyli przekrój czynny UV dla środka gaśniczego Novec™ 1230 i stwierdzili, że
najsilniej absorbowane są fale o długości 306 nm. Ze względu na to, że substancja ta silnie absorbuje fale o długości ponad 300 nm, (tj. długości większe niż
potrzebne, by promieniowanie UV dotarło do ziemi), w niższych warstwach atmosfery ważnym mechanizmem usuwającym ten związek będzie dysocjacja
fotochemiczna.
Taniguchi i jego współpracownicy zbadali szybkość przebiegu dysocjacji fotochemicznej i mechanizm rozpadu tego związku w warunkach atmosferycznych.
Szybkość dysocjacji fotochemicznej środka gaśniczego Novec™ 1230 mierzono w porównaniu z analogicznym parametrem aldehydu octowego (CH3CHO),
który pod wpływem dysocjacji fotochemicznej zanika w atmosferze w ciągu 3 do 4 dni. Szybkość dysocjacji fotochemicznej środka Novec™ 1230 pozwala
stwierdzić, że jego czas życia w atmosferze wynosi 4,5 do 15 dni lub „około 1-2 tygodni”. Autorzy badania stwierdzili, że wyniki ich pracy są spójne z wynikami wcześniej uzyskanymi przez 3M, w których stwierdzono, że czas życia w atmosferze środka gaśniczego Novec™ 1230 wynosi około
5 dni lub jednego tygodnia [3].
Wpływ na zmiany klimatu
Novec™ 1230 ze względu na bardzo krótki czas życia w atmosferze i niski potencjał tworzenia efektu cieplarnianego tylko w ograniczonym stopniu może
wpływać na radiacyjną równowagę atmosfery (tj. zmiany klimatu). Pod względem ilościowym przekrój IR środka gaśniczego Novec™ 1230 zmierzono zgodnie z punktem 4.6 protokołu US EPA FTIR [4]. Pomiary promieniowania podczerwonego przeprowadzono z rozdzielczością spektralną 0,5-1 cm
w temperaturze 293 K na spektrometrze MIDAC (Model 12001) FTIR, wyposażonym w rtęciowo-kadmowo-tellurkowy detektor podczerwieni utrzymywany
w temperaturze 77K. W układzie pomiarowym wykorzystano ścieżkę o długości nominalnej 4 m, wykalibrowaną za pomocą certyfikowanych, etylenowych
wzorców gazowych. Wykorzystując zmierzony przekrój IR oraz metodę Pinnocka i in. [5], obliczono, że chwilowe wymuszenie radiacyjne środka gaśniczego
Novec™ 1230 wynosi 0,50 Wm-2ppbv-1. Taka wartość wymuszenia radiacyjnego w połączeniu z czasem życia w atmosferze wynoszącym jeden tydzień
daje poniższe wartości GWP, obliczone metodą IPCC 2001 [1]. Najczęściej podaje się wartość GWP obliczoną dla 100-letniego horyzontu czasowego
oddziaływania danej substancji (ITH).
Związek
CF3CF2C(O)CF(CF3)2
– NovecTM 1230
Czas życia w
atmosferze
(lata)
Wymuszenie
radiacyjne
(Wm-2ppbv-1)
ITH 20-letni
ITH 100-letni
ITH 500-letni
0,014
0,50
4
1
0
Bezpośredni i pośredni potencjał tworzenia efektu cieplarnianego
W powyżej przyjętej metodzie oraz metodzie Pinnocka i in. przyjęto założenie, że substancja wyemitowana do atmosfery ulegnie dokładnemu wymieszaniu
w troposferze. W przypadku substancji o tak małej trwałości jak Novec™ 1230 nie można oczekiwać spełnienia tego warunku. W wyniku tych obliczeń
uzyskuje się zawyżoną wartość GWP dla tego związku. W związku z powyższym zespół pod kierunkiem Taniguchi doszedł do wniosku, że „z praktycznego
punktu widzenia przy czasie życia w atmosferze rzędu 1-2 tygodnie można przyjąć, że potencjał tworzenia efektu cieplarnianego przez CF3CF2C(O)CF(CF3)2
jest pomijalnie mały”. Bezpośredni wskaźnik GWP mówi o potencjalnych efektach cieplarnianych, spowodowanych uwolnieniem do atmosfery substancji
pierwotnej. W niektórych przypadkach można obliczyć pośredni wskaźnik GWP, pozwalający uwzględnić potencjał efektu cieplarnianego produktów rozpadu
danej substancji w atmosferze. IPCC wskazał, że takie pośrednie wskaźniki GWP są obarczone znacznie większą niepewnością [1], jednak pośrednie GWP
dla środka gaśniczego Novec™ 1230 można oszacować w oparciu o znajomość przemian chemicznych, jakim podlega w atmosferze. Z badań zespołu
Taniguchi wynika, że produktami rozkładu środka gaśniczego Novec™ 1230 są związki fluorowe ulegające degradacji, charakteryzujące się krótkim czasem
życia w atmosferze [6], w efekcie pomijalnie małym GWP. Tym niemniej stwierdzono, że przy takim przebiegu rozkładu, jeden mol środka gaśniczego
Novec™ 1230 wytwarza 4 mole CO2. Pośrednie wskaźniki GWP należy obliczyć na podstawie masy, podobnie jak są obliczane bezpośrednie wskaźniki
GWP. Oznacza to, że po uwolnieniu do atmosfery 1 kg środka gaśniczego Novec™ 1230 powstanie 0,56 kg CO2.
1000 g Novec™ 1230 (316 g/mol)(4 mols CO2 /mol Novec™ 1230)(44 g/mol) = 556 g CO2
Daje to wartość pośredniego wskaźnika GWP równą 0,56 niezależnie od przyjętego horyzontu czasowego. Wynika stąd, że zarówno bezpośredni, jak i pośredni wskaźnik GWP dla środka gaśniczego Novec™ 1230 jest mniejszy niż 1. Jest oczywiste, że związki o tak niskim GWP nie stanowią problemu, jeżeli
chodzi o potencjalne zmiany klimatu.
Porównanie z innymi węglowodorami fluorowcopochodnymi
Wskaźnik GWP dla związków wysokofluorowych zazwyczaj ma wartość co najmniej 1000, co oznacza, że 1 kg takiej substancji ma taki sam wpływ na
klimat, jak co najmniej jedna tona CO2. Na przykład współczynniki GWP dla HFC-227ea, HFC-125 i HFC-23, należących do pierwszej generacji zamienników
halonu, wynoszą, odpowiednio 3500, 3400 i 12000. Z powodu wyjątkowo krótkiego czasu życia w atmosferze Novec™ 1230 ma bardzo niski wskaźnik
GWP, równy 1, a więc taki sam, jak CO2.
Tak niski GWP praktycznie nie ma precedensu wśród związków fluoru i sprawia, że Novec™ 1230 jest wyjątkową, ekologiczną alternatywą dla halonu oraz
jego zamienników pierwszej generacji.
Materiały powiązane
[1] IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), Climate Change 2001: The Scientific Basis, edited by J. T. Houghton i in., Cambridge University
Press, Cambridge, U.K., 2001.
[2] Taniguchi, N., Wallington, T.J., Hurley, M.D., Guschin, A.G., Molina, L.T., Molina, M.J., Journal of Physical Chemistry A, 107(15), 2674-2679, 2003.
[3] Plummer, G., Laboratory measurements and calculations related to the photo-disassociation of L-15566 in the Earth’s lower atmosphere, 3M Environmental Laboratory Report Number E01-0549, 2001.
[4] Addendum to Method 320 – Protocol for the Use of Extractive Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectrometry for the Analyses of Gaseous Emissions
from Stationary Sources (40 CFR Part 63).
[5] Pinnock, S., Hurley, M.D., Shine, K.P., Wallington, T.J., Smyth, T.J., J. Geophys. Res., 100, 23227, 1995.
[6] Wallington, T.J., Schneider, W.F., Worsnop, D.R., Nielsen, O.J., Sehested, J., Debruyn, W.J., Shorter, J.A., Environ. Sci. Technol., 28, 320, 1994.
Rodzina produktów
3M™ Novec™
Marka Novec™ jest symbolem wielu różnych, opatentowanych produktów 3MTM. Receptura i parametry użytkowe każdego z nich są wyjątkowe, a to co je łączy to fakt, że są bezpieczne, skuteczne i ekologiczne. Wśród nich są środki myjące dla przemysłu precyzyjnego i elektronicznego, nośniki ciepła, środek gaśniczy oraz inne substancje chemiczne do specjalnych
zastosowań.
3M™ Novec™ Engineered Fluids ▪ 3M™ Novec™ Aerosol Cleaners ▪ 3M™ Novec™ 1230 Fire Protection Fluid ▪ 3M™ Novec™
Electronic Coatings ▪ 3M™ Novec™ Electronic Surfactants
Uwaga: Wszystkie informacje, dane techniczne oraz zalecenia odnoszące się do produktów firmy 3MTM zawarte w tym dokumencie oparte są na testach i doświadczeniach, które oceniamy jako wiarygodne. Ze względu
na wiele czynników mogących mieć wpływ na poprawne działanie produktu, a będących poza możliwościami sprawdzenia przez 3MTM, takich jak różnorodność czynników środowiskowych i odmiennych warunków pracy, nie
możemy jednak zagwarantować całkowitej skuteczności zastosowanego przez użytkownika produktu firmy 3MTM. W związku z tym, że czynniki środowiskowe i odmienne warunki pracy są znane użytkownikowi produktu
i podlegają jego kontroli, to użytkownik ponosi pełną odpowiedzialność za wybór produktu do konkretnego zastosowania.
3M Poland Sp. z o.o.
Dział Elektroniki
Al. Katowicka 117
Kajetany, 05-830 Nadarzyn
tel. (22) 739 60 00
fax: (22) 739 60 01
e-mail: [email protected]
www.3m.pl/novec1230