Ruim twintig jaar geleden verscheen het eerste artikel over de rol van CFK’s (chloorfluorkoolwaterstoffen) bij de verdunning van de ozonlaag, van Sherwood Rowland en Mario Molina, die samen met de Nederlander Paul Crutzen onlangs de Nobelprijs ontvingen.
Delen
,,Crutzens verscheen wat later ten tonele”, aldus CFK-deskundigen Emile van de Sandt en André Wiersma. De Delftse onderzoekers zijn nu drie jaar bezig met promotie-onderzoek dat in het verlengde ligt van het werk van Crutzen en collega’s: het opruimen van CFK-resten die onder andere in koelkasten en bouwschuimen zitten.
Erg onder de indruk leek Crutzen niet van zijn Nobelprijs. Hij kwam er in ieder geval niet eerder voor terug van vakantie. In de media zei hij verrast te zijn dat het toegepaste ozonlaag-onderzoek de prijs kreeg, omdat die eer meestal is voorbehouden aan onderzoekers in de fundamentele wetenschap. ,,Maar het is wel een compliment aan het hele milieu-onderzoek”, zei Crutzen later tegen de pers, na zijn huldiging in Mainz.
Ingenieurs André Wiersma, van de Scheikunde-vakgroep chemische procestechnologie, en Emile van de Sandt, van organische chemie en katalyse, hebben de kranten op de voet gevolgd. Crutzens werk behoort voor hen tot de vakliteratuur. ,,Crutzen heeft in de jaren zeventig meegewerkt aan de hypothese dat CFK’s, bekend als koelvloeistof in koelkasten en als drijfgas in spuitbussen, tot de ozonlaag door kunnen dringen en daar reageren met ozon”, zegt Van de Sandt.
De hypothese is bijzonder, want het merendeel van de gassen in de lucht haalt het niet tot de ozonlaag. Die zit op vijftien tot veertig kilometer hoogte, en voordat ze daar aankomen, zijn de meeste gassen reeds afgebroken door straling of gevangen in waterdamp. Maar CFK’s zijn uiterst stabiele verbindingen, met een gemiddelde ‘levensduur’ van twintig tot honderd jaar. ,,Aangezien ze tien à twintig jaar rondzwerven voor ze in de ozonlaag komen, zijn de meeste CFK-moleculen dan nog niet afgebroken”, aldus Van de Sandt.
Eenmaal in de ozonlaag splitst het CFK-molecuul een chloorradicaal af, dat ozon afbreekt. En dat is vervelend, want ook al is ozon een akelig goedje om in te ademen, hoog in de atmosfeer beschermt het ons tegen schadelijke UV-straling. De afbraak is bovendien een katalytische reactie: elk chloorradicaal kan meerdere ozonmoleculen afbreken, waardoor CFK’s dus extra schadelijk zijn.
Hergebruik
Gelukkig kan de ozonlaag zichzelf weer enigszins herstellen. Ozon (O3) en zuurstof (O2) bevinden zich er in een evenwicht. Als de hoeveelheid ozon afneemt, wordt deze aangevuld door omzetting van zuurstof naar ozon.
De ontdekking van het effect van CFK’s op de ozonlaag was evenwel alarmerend genoeg om eind jaren tachtig mondiaal af te spreken dat de stoffen per 2000 niet meer geproduceerd mogen worden. In 1992 is de deadline zelfs aangescherpt tot 1996.
,,Daarbij zijn wel de nodige kanttekeningen gemaakt”, zegt Van de Sandt. ,,Zo is er nog steeds geen alternatief gevonden voor de CFK’s die in geneesmiddelen voor astmapatiënten zitten. Voor dat doel mag men wel blijven produceren. Ook de Derde-Wereldlanden hebben soepeler regels gekregen. Die zijn bij wijze van spreken blij met elke koelkast die ze hebben.”
In Nederland gaat het de goede kant op, meent Wiersma. De produktiecijfers dalen. Een van de twee CFK-fabrieken is reeds overgestapt op een ander produkt. De uitstoot neemt echter nog niet af, want er zitten veel CFK’s in afgedankte koelkasten en bouwafval.
Deze kunnen worden opgeruimd door de verbindingen te verbranden, maar dat kost geld en levert niets op. Het is beter om de stoffen te hergebruiken. Dat betekent omzetten in een ozonvriendelijke stof. ,,Wij hebben daar een proces voor ontwikkeld, dat nu zover is dat we binnenkort een pilot-plant gaan opzetten”, vertelt Wiersma.
Voordat ze aan de slag konden is eerst bekeken of de CFK’s makkelijk te isoleren zijn uit bouwmaterialen en koelingen. Dat lijkt geen problemen op te leveren. Bij koelkasten is het koelmiddel gewoon af te tappen en bij bouwmaterialen bieden compressietechnieken uitkomst. Verder is bestudeerd of er genoeg aanbod is om in Europa een fabriek draaiende te houden. Ook daarover hebben de twee promovendi positieve verwachtingen.
Palladium
Het proces dat Van de Sandt en Wiersma ontwikkelden, zet Freon 12, dat 45 procent van de gebruikte CFK’s uitmaakt, om in waterstoffluorkoolstofverbindingen (HFK’s). De chlooratomen in de CFK worden vervangen door waterstofatomen. HFK’s zijn weer bruikbaar als dieptekoelmiddel in koelhuizen.
De truc is dat de reactie plaatsvindt met behulp van de katalysator ‘palladium op actief kool’. Palladium is een edelmetaal dat in het rijtje zilver, goud en platina thuishoort, en actief kool kennen we in het dagelijks leven als Norit. Actieve koolstof heeft een groot oppervlak (duizend vierkante meter per gram), waarover het palladium heel fijn verdeeld kan worden. Op die manier kunnen de reacties van CFK’s met palladium optimaal plaatsvinden. Bij deze reactie, de vervanging van de chlooratomen door waterstofatomen, ontstaat negentig procent zuivere HFK’s.
Het proces is bruikbaar voor negentig procent van alle CFK’s, aangezien ook broertje Freon 11 (eveneens 45 procent van de markt) verwerkt kan worden. Deze stof laat zich gemakkelijk omzetten in Freon 12, waarop het beschreven procédé werkt. Als alles meezit, kan de Europese CFK-verwerkingsfabriek er over vijf jaar staan, schat Wiersma. ,,Voor die tijd kan de inzameling al wel beginnen.”
Het zal nog even duren voordat alle CFK’s de wereld uit zijn. Wiersma: ,,Neem alleen al de tijd die nodig is voordat alle koelkasten afgeschreven zijn. En het is in Nederland ook nog toegestaan om freon uit oude koelingen opnieuw te gebruiken in andere oude koelkasten. Wij zijn daar niet blij mee, want als die dingen lekken, en dat is vaak het geval, dan komen de schadelijke gassen in de lucht.” Volgens gegevens van de VN moet over tien jaar het eerste resultaat te meten zijn van deinspanningen die tot nu toe geleverd zijn.
Ruim twintig jaar geleden verscheen het eerste artikel over de rol van CFK’s (chloorfluorkoolwaterstoffen) bij de verdunning van de ozonlaag, van Sherwood Rowland en Mario Molina, die samen met de Nederlander Paul Crutzen onlangs de Nobelprijs ontvingen. ,,Crutzens verscheen wat later ten tonele”, aldus CFK-deskundigen Emile van de Sandt en André Wiersma. De Delftse onderzoekers zijn nu drie jaar bezig met promotie-onderzoek dat in het verlengde ligt van het werk van Crutzen en collega’s: het opruimen van CFK-resten die onder andere in koelkasten en bouwschuimen zitten.
Erg onder de indruk leek Crutzen niet van zijn Nobelprijs. Hij kwam er in ieder geval niet eerder voor terug van vakantie. In de media zei hij verrast te zijn dat het toegepaste ozonlaag-onderzoek de prijs kreeg, omdat die eer meestal is voorbehouden aan onderzoekers in de fundamentele wetenschap. ,,Maar het is wel een compliment aan het hele milieu-onderzoek”, zei Crutzen later tegen de pers, na zijn huldiging in Mainz.
Ingenieurs André Wiersma, van de Scheikunde-vakgroep chemische procestechnologie, en Emile van de Sandt, van organische chemie en katalyse, hebben de kranten op de voet gevolgd. Crutzens werk behoort voor hen tot de vakliteratuur. ,,Crutzen heeft in de jaren zeventig meegewerkt aan de hypothese dat CFK’s, bekend als koelvloeistof in koelkasten en als drijfgas in spuitbussen, tot de ozonlaag door kunnen dringen en daar reageren met ozon”, zegt Van de Sandt.
De hypothese is bijzonder, want het merendeel van de gassen in de lucht haalt het niet tot de ozonlaag. Die zit op vijftien tot veertig kilometer hoogte, en voordat ze daar aankomen, zijn de meeste gassen reeds afgebroken door straling of gevangen in waterdamp. Maar CFK’s zijn uiterst stabiele verbindingen, met een gemiddelde ‘levensduur’ van twintig tot honderd jaar. ,,Aangezien ze tien à twintig jaar rondzwerven voor ze in de ozonlaag komen, zijn de meeste CFK-moleculen dan nog niet afgebroken”, aldus Van de Sandt.
Eenmaal in de ozonlaag splitst het CFK-molecuul een chloorradicaal af, dat ozon afbreekt. En dat is vervelend, want ook al is ozon een akelig goedje om in te ademen, hoog in de atmosfeer beschermt het ons tegen schadelijke UV-straling. De afbraak is bovendien een katalytische reactie: elk chloorradicaal kan meerdere ozonmoleculen afbreken, waardoor CFK’s dus extra schadelijk zijn.
Hergebruik
Gelukkig kan de ozonlaag zichzelf weer enigszins herstellen. Ozon (O3) en zuurstof (O2) bevinden zich er in een evenwicht. Als de hoeveelheid ozon afneemt, wordt deze aangevuld door omzetting van zuurstof naar ozon.
De ontdekking van het effect van CFK’s op de ozonlaag was evenwel alarmerend genoeg om eind jaren tachtig mondiaal af te spreken dat de stoffen per 2000 niet meer geproduceerd mogen worden. In 1992 is de deadline zelfs aangescherpt tot 1996.
,,Daarbij zijn wel de nodige kanttekeningen gemaakt”, zegt Van de Sandt. ,,Zo is er nog steeds geen alternatief gevonden voor de CFK’s die in geneesmiddelen voor astmapatiënten zitten. Voor dat doel mag men wel blijven produceren. Ook de Derde-Wereldlanden hebben soepeler regels gekregen. Die zijn bij wijze van spreken blij met elke koelkast die ze hebben.”
In Nederland gaat het de goede kant op, meent Wiersma. De produktiecijfers dalen. Een van de twee CFK-fabrieken is reeds overgestapt op een ander produkt. De uitstoot neemt echter nog niet af, want er zitten veel CFK’s in afgedankte koelkasten en bouwafval.
Deze kunnen worden opgeruimd door de verbindingen te verbranden, maar dat kost geld en levert niets op. Het is beter om de stoffen te hergebruiken. Dat betekent omzetten in een ozonvriendelijke stof. ,,Wij hebben daar een proces voor ontwikkeld, dat nu zover is dat we binnenkort een pilot-plant gaan opzetten”, vertelt Wiersma.
Voordat ze aan de slag konden is eerst bekeken of de CFK’s makkelijk te isoleren zijn uit bouwmaterialen en koelingen. Dat lijkt geen problemen op te leveren. Bij koelkasten is het koelmiddel gewoon af te tappen en bij bouwmaterialen bieden compressietechnieken uitkomst. Verder is bestudeerd of er genoeg aanbod is om in Europa een fabriek draaiende te houden. Ook daarover hebben de twee promovendi positieve verwachtingen.
Palladium
Het proces dat Van de Sandt en Wiersma ontwikkelden, zet Freon 12, dat 45 procent van de gebruikte CFK’s uitmaakt, om in waterstoffluorkoolstofverbindingen (HFK’s). De chlooratomen in de CFK worden vervangen door waterstofatomen. HFK’s zijn weer bruikbaar als dieptekoelmiddel in koelhuizen.
De truc is dat de reactie plaatsvindt met behulp van de katalysator ‘palladium op actief kool’. Palladium is een edelmetaal dat in het rijtje zilver, goud en platina thuishoort, en actief kool kennen we in het dagelijks leven als Norit. Actieve koolstof heeft een groot oppervlak (duizend vierkante meter per gram), waarover het palladium heel fijn verdeeld kan worden. Op die manier kunnen de reacties van CFK’s met palladium optimaal plaatsvinden. Bij deze reactie, de vervanging van de chlooratomen door waterstofatomen, ontstaat negentig procent zuivere HFK’s.
Het proces is bruikbaar voor negentig procent van alle CFK’s, aangezien ook broertje Freon 11 (eveneens 45 procent van de markt) verwerkt kan worden. Deze stof laat zich gemakkelijk omzetten in Freon 12, waarop het beschreven procédé werkt. Als alles meezit, kan de Europese CFK-verwerkingsfabriek er over vijf jaar staan, schat Wiersma. ,,Voor die tijd kan de inzameling al wel beginnen.”
Het zal nog even duren voordat alle CFK’s de wereld uit zijn. Wiersma: ,,Neem alleen al de tijd die nodig is voordat alle koelkasten afgeschreven zijn. En het is in Nederland ook nog toegestaan om freon uit oude koelingen opnieuw te gebruiken in andere oude koelkasten. Wij zijn daar niet blij mee, want als die dingen lekken, en dat is vaak het geval, dan komen de schadelijke gassen in de lucht.” Volgens gegevens van de VN moet over tien jaar het eerste resultaat te meten zijn van deinspanningen die tot nu toe geleverd zijn.
Comments are closed.