HFOs的排放、大气行为及其降解产物的环境影响

With the global control on traditional fluorocarbons greenhouse gases (Hydrochloroflurocarbons HCFCs, Hydrofluorocarbons, HFCs), Hydrofluoroolefins (HFOs) will be globally used in many industries as refrigerant, blowing agents. HFOs are featured with small direct impact on environment as its low GWP and ODP values. HFOs have double bonds and high atmospheric reactivity, resulting much shorter atmospheric lifetime (~10d). Their degrade products are trifluoroacetic acid (TFA) and ozone, bringing regional environmental risks. This study will build Chinese fluorocarbons gases emission inventory, and on its basis project future HFOs consumption and emission. Applying GEOS-CHEM model to simulate HFOs atmospheric transport, react and degrade process, to figure out the effects of different environmental variables on the rate and volume of final products. Then QWASI and GEOS-CHEM models are applied to simulate the environmental proportion, gas and aqueous concentration of TFA, along with ozone concentrations, to assess potential ecological risks of HFOs use. Finally, environmental benefits of phasing out fluorocarbons gases from China’s compliance to Montreal Protocol, and side effects of HFOs consumption and emission, will be assessed systematically, help provide scientific basis to optimize HFCs phase-out and alternative HFOs use.

随着国际公约对传统含氟化学品（HCFCs、HFCs）的管控，氢氟烯烃（HFOs）由于其直接环境影响小（其GWP，ODP值接近于0）将会作为空调制冷剂、泡沫发泡剂等应用于众多领域。但HFOs物质具有双键特征，大气反应活性强，大气寿命短，主要降解产物为三氟乙酸（TFA）和臭氧，可能引发新的环境风险。本研究将建立中国含氟温室气体（HCFCs、HFCs）排放清单，以此为基础预测未来HFOs的用量和排放清单。利用GEOS-CHEM模型模拟HFOs的大气传输、降解过程；探究不同环境因素对其降解生成产物产率的影响；并利用QWASI和GEOS-CHEM模型，模拟其降解产物TFA的环境介质分布，水体浓度变化，及对O3大气浓度变化的贡献，分析HFOs的潜在生态环境影响和风险；在此基础上评估中国履行《蒙特利尔议定书》，淘汰含氟温室气体的环境效益，并探究未来淘汰HFCs的最佳路径。

作为受控化学品HCFCs，HFCs的替代品，HFOs将广泛应用于制冷、材料等领域；但其大气反应活性强，主要降解产物为三氟乙酸（TFA）和臭氧，可能引发新的环境风险。预测HFOs的未来排放，识别其大气过程与降解产物的环境分布，对于评估其作为替代品的环境可行性，制定相关政策具有重要意义。.本项目基于目前消费建立了HFC-134a、HCFC-141b的排放清单，并以其为基础模拟与预测未来HFO-1234yf与HFO-1234ze排放的变化趋势。中国汽车空调行业HFC-134a排放从1995年的28吨，上升至2016年的4.4万吨。减排情景下，至2050年可累计减排HFC-134a 41.2万吨（折合5.6亿吨CO2-eq）；HFO-1234yf排放量在2050年达到3.1万吨。中国聚氨酯泡沫行业HCFC-141b排放从2000年的597吨，上升至2019年的2.1万吨。减排情景下至2050年可累计减排HCFC-141b共216万吨（24万吨ODP-eq与17亿吨CO2-eq）；同时替代品HFO-1234ze排放量在2050年达到12.7万吨。.本项目模拟了当前中、美、欧汽车空调制冷剂全部被HFO-1234yf替代后， HFO-1234yf的排放及降解产物TFA的分布。TFA全年总沉降量占HFO-1234yf总排放量的69%，以湿沉降为主。各排放源地区的HFO-1234yf与TFA，75%—95%来自于本地排放，跨区域传输少，不具有显著的极地蓄积效应。在北非和中东等降水极少地区，降水中TFA超过了水体生物安全阈值，会对当地敏感生物产生影响。模拟了中国HFO-1234ze替代情景下的降解产物全球分布；2050年降解产物CF3CHO和HCOF在中国地区年均大气浓度分别增加26.34 pptv和17.15 pptv，均不会在排放源地区和极地地区产生大气蓄积效应。基于HFO-1234ze最大排放估算下，HFO-1234ze排放、大气过程与降解产物对大气环境无显著影响。.对HFOs降解产物TFA的环境来源与分布进行了探讨。大气中TFA主要存于气相，年均浓度稳定，季节特征明显。含氟有机化工厂周边环境TFA浓度偏高；TFA的主要汇为水介质，土壤介质中TFA累积效应较显著。聚四氟乙烯等共聚物在400~700℃高温下热解产生TFA；短链FTOH如4:2和6:2 FTOH可生物降解产生TFA.