Des scientifiques de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud ont découvert que lorsqu'un nouveau réfrigérant populaire (HFO) tombe en panne, il produit des traces de fluorure, un gaz à effet de serre ayant un fort potentiel de réchauffement climatique. La découverte, réalisée grâce à des techniques innovantes de modélisation atmosphérique, appelle à un nouveau regard sur l’impact environnemental de ces produits chimiques.
Des scientifiques de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud ont découvert que les hydrofluorooléfines commercialisées comme réfrigérants respectueux de l'environnement se dégradent en gaz à effet de serre nocifs, suscitant des inquiétudes quant à leur impact environnemental à long terme. Une équipe de scientifiques a découvert que certains des nouveaux réfrigérants les plus importants se décomposent partiellement en polluants persistants liés aux gaz à effet de serre, notamment des composés interdits au niveau international.
Le réfrigérant est un produit chimique qui passe de l’état liquide à l’état gazeux, transférant ainsi de la chaleur. Ils sont largement utilisés dans la réfrigération ainsi que dans le chauffage et le refroidissement des pièces. De plus, ces produits chimiques sont utilisés comme propulseurs d’aérosols et retardateurs de flamme, ainsi que dans la production de mousses plastiques.
Les hydrofluorooléfines (HFO), qui réagissent rapidement dans la basse atmosphère, sont devenues les principaux produits chimiques synthétiques pour les réfrigérants et sont considérées comme une alternative plus respectueuse de l'environnement que leurs prédécesseurs.
On sait que les hydrofluorooléfines se décomposent en produits chimiques tels que le trifluoroacétaldéhyde, mais des discussions ont eu lieu pour savoir si le composé se décompose davantage en fluorométhanes - les hydrofluorocarbures (HFC) les plus nocifs pour l'environnement qu'ils sont utilisés pour remplacer.
Un article publié dans le Journal of the American Chemical Society, dirigé par le Dr Christopher Hansen du Département de chimie de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud, démontre que les hydrofluorooléfines se décomposent en petites quantités de fluorures. Cette nouvelle étude montre qu’il faut s’intéresser de plus près à l’impact environnemental des HFO et soulève des questions sur leur sécurité à long terme.
Le Dr Hansen a déclaré : « Nous ne comprenons pas encore pleinement l'impact environnemental des HFO. Cependant, contrairement aux exemples précédents tels que les chlorofluorocarbures et l'essence au plomb, nous essayons de comprendre les conséquences des émissions à grande échelle avant qu'elles ne causent des dommages irréversibles potentiels à l'environnement et à la santé humaine. Nous essayons de changer la façon dont la science introduit de nouveaux produits.
Le trou dans la couche d'ozone est causé par l'activité humaine qui libère des produits chimiques qui appauvrissent la couche d'ozone, notamment des chlorofluorocarbures (CFC) - certains des premiers produits chimiques synthétiques utilisés dans les réfrigérants et les bombes aérosols.
Grâce au Protocole de Montréal, la communauté internationale a commencé à éliminer progressivement les CFC et à les remplacer par des hydrofluorocarbures (HFC) à l'échelle mondiale à partir du milieu des années 1990.
Bien que les HFC ne contribuent pas à l’appauvrissement de la couche d’ozone, ils constituent de puissants gaz à effet de serre. "En fin de compte, les scientifiques ont découvert qu'un kilogramme de fluoroforme - un HFC autrefois couramment utilisé - émis aujourd'hui équivaudrait à plus de 14 000 kilogrammes de dioxyde de carbone pour réchauffer la surface de la Terre au cours du prochain siècle", a déclaré le Dr Hansen.
L’élimination mondiale des HFC a commencé en 2016 après avoir reconnu qu’ils contribuaient fortement au réchauffement de l’effet de serre.
Les hydrofluorooléfines, qui ont une durée de vie atmosphérique courte, sont devenues les principales alternatives synthétiques et prolifèrent rapidement comme réfrigérants, agents gonflants de mousse (tels que ceux utilisés dans les mousses isolantes) et propulseurs d'aérosols.
Même si les scientifiques savent quelque chose sur les voies chimiques par lesquelles les HFO se décomposent, il y a eu un débat quant à savoir s'ils se décomposent réellement en HFC parmi les moins respectueux de l'environnement.
Les hydrofluorooléfines sont constituées d’unités chimiques plus réactives que leurs homologues précédentes, de sorte qu’elles ne remontent pas dans la haute atmosphère et ne deviennent pas des gaz à effet de serre à long terme.
"Mais, en tant que chimistes, nous examinons les structures de ces molécules et commençons à essayer d'imaginer ce qu'elles deviennent", a déclaré Hansen. "Nous ne pouvons donc pas simplement dire, oh, cette chose n'a qu'une durée de vie de deux semaines, elle ne peut pas être un gaz à effet de serre, nous devons voir ce qu'elle devient. La plupart des chimistes examinent ces structures et peuvent déterminer les réactions qui produisent réellement des hydrofluorocarbones."
Cependant, confirmer si les HFO se décomposent en HFC avec de faibles rendements nécessite des expériences difficiles, et la plupart des techniques et instruments existants manquent de sensibilité et de spécificité pour le faire. Hansen et son équipe ont utilisé diverses techniques, dont deux inventées spécifiquement pour cette étude, pour mesurer et évaluer les réactions chimiques dans l'atmosphère sur la plage de pressions attendues.
"Nous avons utilisé diverses techniques spectroscopiques pour observer la réaction. Nous avons également créé un mélange de gaz à différentes pressions pour simuler une atmosphère contaminée par des traces de produits de décomposition directe d'hydrofluorooléfines", a déclaré Hansen. "Nous avons ensuite utilisé des lasers pour simuler les photons du soleil afin de piloter la réaction."
On sait que le rendement en hydrofluorooléfines décomposées en composés carbonylés fluorés tels que le trifluoroacétaldéhyde peut atteindre ou dépasser 100 %. Cela signifie que toutes les molécules de HFO deviennent le premier produit, et pour certains HFO, pour chaque molécule de HFO décomposée, il est possible d'obtenir deux molécules du produit. Cette étude montre que l'étape suivante de la réaction produit une petite quantité de fluoroforme issue de la décomposition du trifluoroacétaldéhyde en présence de lumière. Le fluorométhane est l'hydrofluorocarbure ayant le plus grand potentiel de réchauffement climatique.
"Nous avons démontré de manière exhaustive que certains des HFO les plus importants se décomposent en HFC et avons fourni les premières données scientifiques concluantes pour modéliser et prédire les conséquences des émissions à grande échelle", a déclaré Hansen. "Bien que la réaction ne produise que de petites quantités de fluorométhane, ce produit chimique peut persister dans l'atmosphère jusqu'à 200 ans et a un potentiel de réchauffement climatique plus de 14 000 fois supérieur à celui du CO2. De petites quantités produites peuvent encore avoir un impact significatif."
De nombreuses crises atmosphériques nous surprennent. "Pensez à l'essence au plomb, aux smogs mortels du 20ème siècle, à la crise du trou dans la couche d'ozone, mais ce n'est pas parce que nos modèles ne sont pas assez performants, c'est parce que des composants chimiques importants manquent dans les modèles", a-t-il déclaré.
Cette recherche résout désormais une controverse de longue date et fournit les données scientifiques concluantes nécessaires pour modéliser et prédire les impacts des émissions à grande échelle de HFO avant que les décideurs politiques n'aient besoin de répondre aux crises environnementales émergentes.
Le groupe de modélisation climatique de l'UNSW, ainsi que des scientifiques du monde entier, sont désormais prêts à intégrer ces données dans des modèles pour aider à calculer les impacts environnementaux de l'utilisation continue des HFO.
Bien que des questions demeurent, ce document fournit des éléments de preuve importants pour les prochaines étapes visant à lutter contre l'impact environnemental des produits chimiques que nous émettons dans l'atmosphère. L’équipe prévoit d’autres nouveaux travaux expérimentaux. "Dans cet article, nous avons réalisé des expériences en utilisant une seule longueur d'onde, la longueur d'onde actuellement utilisée dans les études qui guident les régulateurs, l'industrie et le gouvernement", a déclaré Hansen. "Nous prévoyons d'utiliser d'autres longueurs d'onde de lumière pour étudier cette réaction chimique, car les rendements peuvent être supérieurs ou inférieurs à d'autres longueurs d'onde de lumière." "
Compilé à partir de /ScitechDaily