全球变暖潜值 101

全球变暖潜值 101

 ——如何理解全球变暖潜值

作者:Mark L. Robin ,Alfred Thornton

在与全球变暖相关的领域,物质全球变暖潜值的理论值与它对全球变暖的实际影响之间的关系这个话题,可能受到了比其它任何问题都更多的误解或歪曲。

全球变暖潜值(GWP)中的“潜”字(P),表示“潜在”(potential),这一点非常重要。也就是说,气体未排放到大气中,就没有对全球变暖产生影响。

本文将研究全球变暖潜值(global warming potential, GWP)这个概念,它与环境保护法规和气雾剂推进剂市场关系十分密切。

 什么是全球变暖潜值?

在与全球变暖相关的领域,物质全球变暖潜值的理论值与它对全球变暖的实际影响之间的关系,所受到的误解或歪曲可能比其它任何问题都多。

全球变暖阐述的是在地球气候系统中平均温度存在着长期上升的趋势。一些会加剧全球变暖效应的气体也被称为温室气体(GHGs),包括二氧化碳、甲烷和其它烃类气体、二氧化氮、氢氟烃类气体(HFCs)。

全球变暖潜值是对给定质量的某种气体在被排放至大气后,对全球变暖效应的贡献程度的简易标准尺度,以二氧化碳作为标准数值参照。例如某种气体的全球变暖潜值是100,则表示排放1千克该种气体对全球变暖效应的影响相当于排放了100千克二氧化碳。

气体全球变暖潜值和对全球变暖的影响

一个对全球变暖潜值常见的错解,是认为数值较高的气体相比数值低的,前者对全球变暖的贡献或影响一定会更大。这种错误的论断基于一个错误的假设,即认为化学物质对全球变暖的影响仅仅由全球变暖潜值决定,也就是数值高的影响就大,反之亦然。

事实如何?

我们需要注意到全球变暖潜值是所谓“潜在的数值”,而没有被释放到大气的气体不会对全球变暖造成影响。因此,仅靠全球变暖潜值并不足以准确判断比较不同气体对全球变暖影响的大小。被排放至大气的气体对全球变暖的影响取决于两个因素——全球变暖潜值和被排放的数量。结果只需要将两者相乘,即:

对全球变暖的影响=(全球变暖潜值)×(被排放的质量)

如果质量单位是千克,则计算出的结果的单位是千克二氧化碳当量。如果质量单位是百万吨,计算结果单位就是百万吨二氧化碳当量。举个例子,温室气体四氟化硫的全球变暖潜值是22800;则排放50千克四氟化硫的对全球变暖的影响为 23900 × 50 = 1140000 千克二氧化碳当量。换句话说,排放50千克四氟化硫对全球变暖的影响等价于排放1140000千克二氧化碳。

单独对比不同气体的全球变暖潜值或排放质量并不能准确比较各自对全球变暖的影响大小,而需要计算和对比二氧化碳当量。

低潜值是否总是意味着对全球变暖较小的影响?并不绝对。二氧化碳的全球变暖潜值相对而言非常低,但根据美国环保署的数据,二氧化碳对全球变暖的影响却极高,甚至占到总数据的81.6%!来自欧盟28国和冰岛组成的欧洲环保署的数据,与美国环保署的数据一致,同样指出二氧化碳是对全球变暖影响最大的温室气体,占总数据的81.3%。

因此很明显,低潜值并不等同于对全球变暖的低影响。在二氧化碳的例子中,其全球变暖潜值的确很低,但累计排放量十分巨大,源于汽车排放、发电生产、生物呼吸和其它各种排放源。结果便是二氧化碳总体对全球变暖的影响非常之大,尽管实际上它的潜值很低。

相似的,高潜值是否总是意味着对全球变暖较大的影响?同样并不绝对。HFC-227ea是全世界最被广泛采用的洁净的灭火剂。它的全球变暖潜值是3220,这意味着用于消防灭火的HFC-227ea对全球变暖有巨大影响吗?事实上答案非常清楚,并不是。根据美国环保署和欧洲环保署的数据,用于消防灭火的HFC-227ea在温室气体对全球变暖贡献和影响的总数据中只分别占0.04%和0.06%。用于消防灭火的HFC-227ea在使用体积和排放量上都极少,因此尽管它的全球变暖潜值较高,对全球变暖的贡献却很少。

上述的两个例子清楚地表明了全球变暖潜值并不能单独成为推断温室气体对全球变暖贡献或影响的指标数据。任何旨在控制全球变暖效应的尝试都必须要考虑到全球市场规模、温室气体实际被排放至大气的数量,以及它的全球变暖潜值。

法规制定者在制定相关的法规时应当将这种全球变暖潜值和在全球市场上的应用之间的平衡纳入考量范围。法规的制定不能仅仅基于产品的全球变暖潜值,应当同时考虑此产品在全球的有效使用情况、全球市场规模、目标应用的排放量、产品的性能、安全性和成本以及可持续性。如今对全球变暖潜值相关的法规制定就像是一个需要平衡各个竞争因素的训练题,目的是要找到利于环境保护的最优解。全球变暖潜值不是唯一的环境保护的指向性因素,尤其对于气雾剂推进剂行业来说。

挥发性有机化合物(VOCs)

从环境的角度看,正如美国环保署文献所述的,臭氧“有益还是有害,取决于它存在于何处”。

在平流层,即地表上方6至31英里(9.7至49.9千米,译者注)的大气层区域,臭氧形成了一个可以吸收潜在危害的紫外线的保护性气层。如果这种有利的臭氧在平流层中被耗尽后,便会形成像南极洲上空的“臭氧空洞”。

在对流层,即地表至上方6英里(9.7千米)的大气层区域,臭氧是一种有害的空气污染物且是光化学烟雾的主要成分。在对流层或地表附近区域,臭氧是在光热条件下由氮氧化物和VOCs反应生成的。VOCs是在室温下蒸发压很高的有机化合物,十分容易汽化,这即是挥发的涵义。在气雾剂行业中,很多的气雾剂产品最常见的成分就是VOCs,包括芳香物质、溶剂和烃基推进剂等。氢氟烃类气雾剂推进剂没有被分类为和VOCs。

氢氟烃类(HFC)气雾剂推进剂

HFC推进剂具有更好的溶解性、良好的化学和热稳定性、较高相容性和较低的毒性,为气雾剂行业提供了有用的配方工具。HFC推进剂包括了HFC-227ea、HFC-134a和HFC-152a。

HFC-227ea常用于药用定量吸入气雾剂(MDIs),而在消费类气雾剂产品中的应用比较有限。现今的全球变暖相关政策允许HFC-227ea作为推进剂用于药用定量吸入气雾剂,尽管其全球变暖潜值很高,但该项应用在可预见的未来内预计不会有所变动。

HFC-134a基本上也作为推进剂用于药用定量吸入气雾剂,也应用于一些在消费类气雾剂产品。美国环保署《重要新替代品政策》(SNAP)规则第20和21条建议限制HFC-134a在气雾剂产品中的使用,但某些必要用途(如MDIs)除外。在加州、佛蒙特州和华盛顿州,虽然第20条和第21条被法院部分撤销,但各州均立法禁止使用符合联邦SNAP管理条例第20条和第21条的氢氟烃类物质。此外,从2019年1月1日起,加拿大法律禁止全球变暖潜值在150以上的氢氟烃类物质的使用,同时也限制了HFC-134a在气雾剂推进剂领域仅用于必要用途。气雾剂行业已经对很多之前使用HFC-134a的产品成功改良配方。

HFC-152a也作为推进剂被应用于多种气雾剂产品,包括除尘剂、发胶喷雾、除臭剂、身体护理喷雾、润滑剂、除虫剂和电子元件清洁剂,在这些领域它可以帮助配方师们设计出既满足市场需求,又符合当地VOCs限制条例要求的产品。不过HFC-152a尚未被应用于药用定量吸入气雾剂。

VOC成分与其全球变暖贡献的平衡

氢氟烃作为气雾剂推进剂没有被列为VOCs物质,因此不受VOC条例对消费类产品的限制。配方师们经常使用HFC来降低气雾剂产品的VOC成分含量,以帮助提高当地空气质量、减少成分暴露相关的健康风险并满足当地减少烟雾污染的政策方针。

美国环保署的数据清晰地表明了氢氟烃类在气雾剂产品中的使用对全球变暖的影响非常之小。全球大多数的气雾剂推进剂使用的是烃类气体,而氢氟烃类推进剂仅用于有独特性能目标的产品。

如图1所示,在气雾剂推进剂应用中使用的所有氢氟烃对全球变暖的相对影响仅占所有温室效应气体对全球变暖的影响的0.16%。

来自负责欧盟28国和冰岛的的欧洲环保署的数据则显示氢氟烃的这项比例仅为0.12%,与美国环保署的观点基本一致。

后者的数据还指出,氢氟烃在气雾剂推进剂领域的应用里有63%的碳排放是非药用定量吸入气雾剂的应用。因此其在药用定量吸入气雾剂和非药用定量吸入气雾剂中的使用分别占全球变暖贡献值的0.06%和0.10%。而这0.10%的占比包含了所有用于推进剂的氢氟烃,所以HFC-152a单独的占比实际肯定少于0.10%。

鉴于其对全球变暖的贡献极小,目前没有限制在气溶胶产品中使用HFC-152a的规定,这也不足为奇了。

简单总结

氢氟烃用作气雾剂推进剂的功绩之一,是减少VOC成分、提升空气质量,在把全球变暖潜值纳入考量的今天,这点更应该被考虑到。某一气体的全球变暖潜值并不直接代表其对全球变暖效应的实际贡献和影响:对全球变暖效应的实际相对贡献需要将潜值与其排放的质量相乘。根据美国环保署和欧洲环保署的数据,应用于气雾剂推进剂领域的HFC类物质对全球变暖的贡献仅占到所有温室气体的0.1%。由于对全球变暖影响极小,加上可以减少气雾剂产品VOC成分、成本高效益、优异的性能、高溶解度、低毒性和高化学、热力稳定性的特性,使氢氟烃类推进剂成为当今气雾剂产品极具价值的组成部分。

本文译自美国Magazine for Spray Packaging Professionals杂志2019年第12期文章GWP 101

作者:Mark L. Robin 博士,Alfred Thornton

翻译:章子隽    

译校:章耀平

本文源自:气雾剂资讯

2020年6月29日 13:57
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