Парников ефект

Парниковите газове са тези, чиито увеличени концентрации водят до затопляне на повърхността на Земята и по-ниските слоеве от атмосферата, което води до промени в климата, въздействащи негативно върху екосистемите. Механизмът, познат като „парников ефект“ се дължи на следното: слънчевата радиация, която е във видимия спектър (с дължина на вълната от ок. 380 до 740 nm), минава през атмосферата и стига до Земята; повечето лъчи се поглъщат от земната повърхност, моретата и океаните, като повишават тяхната температура. Неабсорбираните лъчи се излъчват обратно от земната и водната повърхност в атмосферата, но в инфрачервения спектър (с дължина на вълната между 750 nm и 100 μm). Част от инфрачервените лъчи преминават през атмосферата, а друга част се поглъща от молекулите на парниковите газове и се излъчва обратно във всички направления. В резултат на това, земната повърхност и ниските слоеве на атмосферата се затоплят.

Докато парниковият ефект е бил една от основните предпоставки за развитието на живота на Земята в продължение на милиони години, повишавайки температурата на повърхността й и създавайки все по-благоприятни условия за развитието на растенията и животните, в последните малко над 100 години се наблюдава емитиране на парникови газове в по-големи количества, отколкото природата може да усвои. През последното столетие учените са установили, че земята вече се е затоплила с около 0,5 oC. На база на прогнози за увеличаването на емисиите от парникови газове, очакваното затопляне през следващите 100 години ще бъде в рамките на 2-3 oC, ако не се вземат мерки, особено при удвояване на концентрацията на въглеродния диоксид.

Основни парникови газове

Основните парникови газове, които имат най-голямо значение за получаването на парниковия ефект са въглеродния диоксид (СО2), метана (CH4), двуазотния оксид (N2O), хидрофлуорокарбоните (HFC), перфлуорокарбоните (PFC) и серния хексафлуорид (SF6). Те са представяне по-долу накратко.

• Въглероден диоксид (СО2)

Въглеродният диоксид е безцветен газ с леко възкисел мирис и вкус, който се разтваря добре във вода. Отделя се при дишането на хората и животните, при изгарянето на изкопаеми горива (въглища, нефт и природен газ), в резултат на дейността на електроцентралите и т.н.

Различните парникови газове се преизчисляват като „СО2 еквивалент“, тъй като въздействието, което всеки един от тях оказва върху климата е различно (например, един килограм метан има значително по-силен негативен ефект от 1 кг въглероден диоксид). Въглеродният диоксид е най-важният газ, т.к. не него се пада повече от 80% от общите емисии на парникови газове в развитите страни. Почти цялото количество емисии на СО2 се дължи на изгарянето на изкопаемите горива.

• Метан (CH4)

Метанът се отделя при производството на ориз, при отглеждането на домашни животни (напр. едър рогат добитък), при депонирането и обработката на битови отпадъци и т.н. Той е безцветен газ, без миризма, който е силно запалим. Познат е още като блатен газ, т.к. се образува при разлагане на биологични отпадъци в отсъствието на кислород в блатисти райони. За последните три столетия неговата концентрация се е удвоила, като се очаква през следващите 100 години да се удвои отново. Метанът е основен отпаден продукт от микробната ферментация на биологичната маса (растенията) в стомасите на преживните животни (говеда, овце, кози и др.). Понастоящем например, в света се отглеждат около 1,5 млрд крави, всяка една от които освобождава на годишна база между 70 и 120 кг метан (чрез метеоризъм, при уригване на животните и от анаеробната ферментация на оборската тор). Отрицателният ефект на метана като парников газ обаче е 23 пъти по-висок от този на въглеродния диоксид. Следователно, освобождаването на около 100 кг метан годишно за всяка крава е еквивалентно на около 2 300 кг CO2 годишно.

• Двуазотен оксид (N2O)

Двуазотният оксид се емитира преди всичко от използването на изкуствени торове. Както при метана, неговите емисии в развитите страни са стабилни или намаляват през последните години.

Емисиите на двуазотен оксид и метан си приличат по това, че трудно подлежат на измерване.

• Хидрофлуорокарбони (HFC) и перфлуорокарбони (PFC)

Тези газове станаха популярни през деветдесетте години като заместители на някои озоноразрушаващи вещества, които се използваха по онова време в тези приложения, напр. напълно халогенираните хлорфлуорвъглеводороди (CFC) и ненапълно халогенираните хлорфлуоровъглеводороди (HCFC), забранени с Протокола от Монреал. Въпреки че флуорираните парникови газове нямат озоноразрушаващи свойства, повечето от тях имат висок потенциал за глобално затопляне.

HFC са най разпространената група газове. Те се използват в различни отрасли и приложения, като охлаждащи агенти в хладилници, климатизатори и термопомпи, като разпенващи агенти, пожарогасителни агенти, пропеленти за аерозоли и разтворители.

PFC обикновено се използват в електрониката (напр. за плазмено почистване на силициеви подложки), в козметиката и фармацевтиката (за извличане на природни продукти като нутрацевтици и ароматизатори), както и в по-малка степен – в хладилни уреди като заместители на CFC – обикновено в комбинация с други газове. В миналото PFC се използваха като пожарогасителни агенти и все още се срещат в по-старите пожарозащитни системи.

• Серен хексафлуорид (SF6)

Серният хексафлуорид e безцветен незапалим газ без мирис, който се използва в производството на полупроводници като източник на флуор за eцване с плазма с висока плътност. Той предлага висока селективност без образуване на въглеродни субпродукти.

Газът намира приложение като изолиращ газ и за гасене на дъгата при превключване в комутационна апаратура за високо напрежение и като буферен газ в производството на магнезий и алуминий.

В електротехниката серният хексафлуорид се използва като газообразен диелектрик за високоволтово оборудване – в прекъсвачи, разединители, шинни системи и цели подстанции.

Други парникови газове

Има още редица парникови газове, които засилват парниковия ефект.

• Амоняк (NH3)

Амонякът ппостъпва във въздуха от различни източници – от животновъдството, от почвата и в резултат на промишлената дейност. Около 90% от замърсяването се дължи на селското стопанство и най-вече на животновъдството. Амонякът е страничен продукт от животинските отпадъци, дължащ се често на неефективното превръщане на фуражния азот в животински продукт. Преживните животни, отглеждани за месо и мляко, както и птиците (кокошки, гъски и др.) често се хранят с фураж с високо съдържание на протеини, които съдържат излишък от азот, за да се гарантира, че хранителните изисквания на животните са покрити. Азотът, който не се метаболизира в животински протеини (т.е. в мляко, месо или яйца), се екскретира чрез урината и изпражненията на добитъка и домашните птици, където допълнително микробно действие освобождава амоняка във въздуха по време на разграждането на животинския тор.

• Въглеводороди

Въглеводородите са органични съединения, съдържащи атоми на въглерод и водород, напр. метан (CH4), етан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10), октан (C8H18) и техни разновидности, напр. етилен (C2H4), пропилен (C3H6), ацетилен (C2H2), циклохексан (C6H12) и др.

Въглеводородите попадат във въздуха при горенето на органични горива (напр. въглища и нефт) и при преработката на нефта. Главни източници на замърсяване са изгарянето на бензина в автомобилите, животновъдството, природни източници и битовото горене на органична материя.

• Озон (О3)

Озонът представлява форма на кислорода с три атома кислород, като има светлосин цвят и остра миризма. Газът е нестабилно химическо вещество и е много силен окислител.

Озонният слой в земната атмосфера е основният „щит“, който предпазва Земята от опасното ултравиолетово слънчево лъчение. Озонът поглъща изцяло най-опасните ултравиолетови лъчи – UVC лъчите, които причиняват рак при човека.

Когато обаче говорим за замърсители на въздуха, трябва да имаме предвид, че „полезният“ озон се намира в горната част на атмосферата – на 30 до 50 км над земната повърхност. В приземния въздушен слой обаче, на височина до около 10 км над земната повърхност, ако е във високи концентрации, той може да има неблагоприятно въздействие. Например, озонът е мощен оксидант, който се формира от взаимодействието на азотните оксиди и летливите органични съединения под влияние на високи температури и слънчева светлина.

• Въглероден оксид (CO)

Въглеродният оксид е токсичен безцветен газ без мирис. Получава се при непълното изгаряне на въглищата, природния газ и дървесните материали.