Οι μέχρι σήμερα

 

Οι μέχρι σήμερα "Ενώσεις του Μήνα"

 

---2006---

Υπερφθοροοκτανοϊκό οξύ (PFOA)

Ασπαρτάμη

Φυλλικό οξύ

Φθαλικός δι-(2-αιθυλoεξυλo) εστέρας (DEHP)

Δεκαμεθυλοκυκλοπεντασιλοξάνιο

Γενιπίνη

Ιματινίβη (Glivec)

Καψαϊκίνη

DDT

---2007---

Ρεσβερατρόλη

Ισιλίνη

Ελαιοευρωπεΐνη

Δενατόνιο (Bitrex)

ω-3 & ω-6 λιπαρά οξέα

Οκτανιτροκυβάνιο

cis-Διαμμινοδιχλωρολευκόχρυσος (Cisplatin)

Αβοβενζόνη

Εξαφθοριούχο θείο

Αφλατοξίνες

Εξασθενές χρώμιο

Τετραβρωμοδισφαινόλη-Α (TBBPA)

---2008---

Υπεροξείδιο του υδρογόνου

Ενώσεις τριβουτυλοκασσιτέρου

Τετραϋδροκανναβινόλη

Υπερχλωρικό οξύ και άλατά του

Τρενβολόνη (Τριενολόνη)

Εξαφθοριούχο ουράνιο

Μεθάνιο

Βαρύ ύδωρ

Θαλιδομίδη

Στεβιόλη και γλυκοζίτες της

Μελαμίνη

Ισοκυανικό μεθύλιο (MIC)

---2009---

Μεθαδόνη

Υδραζωτικό οξύ και άλατά του

Αιθυλενοδιαμινοτετραοξικό οξύ (EDTA)

Καφεΐνη

Νικοτίνη

Ινσουλίνη

'Οζον

Ακρυλαμίδιο

Οσελταμιβίρη (Tamiflu)

Παράγοντας Ενεργοποίησης Αιμοπεταλίων (PAF)

Ακετυλοσαλικυλικό οξύ (Ασπιρίνη)

Τριφθοριούχο χλώριο

---2010---

Διμεθυλοϋδράργυρος

Ουρικό οξύ

Βενζόλιο

Κινίνη

Αδρεναλίνη (Επινεφρίνη)

Διοξίνη (TCDD)

Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC)

Φερροκένιο

Ταξόλη (Πακλιταξέλη)

Μαγικό οξύ

Μεθανόλη

Διαιθυλαμίδιο του λυσεργικού οξέος (LSD)

---2011---

Χλωροφόρμιο

Διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO)

Σύντομη Ιστορία της Χημείας (για το έτος Χημείας)

Διφθοριούχο ξένο

Αιθυλένιο

α-Τοκοφερόλη

Τρυγικό οξύ

Οξικό οξύ

Αμμωνία

Χλωριούχο νάτριο

---2012---

Γλυκόζη

Βενζο[a]πυρένιο

Μονοξείδιο του άνθρακα

Υποξείδιο του αζώτου

Πενικιλλίνη G

Στρυχνίνη

Νιτρογλυκερίνη

Υποχλωριώδες οξύ και άλατά του

---2013---

Βαρφαρίνη

Λυκοπένιο

5'-Αδενοσινο-τριφωσφορικό οξύ (ATP)

Αρτεμισινίνη

Καμφορά

Ακεταλδεΰδη

Μυρμηκικό οξύ

---2014---

Ανιλίνη

Διοξείδιο του άνθρακα

Οξείδιο του αργιλίου (Αλουμίνα)

L-Ασκορβικό οξύ (βιταμίνη C)

Όξινο και ουδέτερο ανθρακικό νάτριο

---2015---

Θειικό οξύ

Βανιλίνη

L-DOPA (Λεβοντόπα)

Γλυκίνη

---2016---

Θειικό ασβέστιο

Υδροκυάνιο και κυανιούχα άλατα

Βορικό οξύ και βορικά άλατα

'Οξινο γλουταμικό νάτριο (MSG)

Η χημική ένωση του μήνα

 [Σεπτέμβριος 2007]

 

Επιμέλεια σελίδας:

Θανάσης Βαλαβανίδης, Αναπλ. Καθηγητής - Κωνσταντίνος Ευσταθίου, Καθηγητής

 

Φυσικoχημικές ιδιότητες:

Εμφάνιση: 'Αχρωμο, άοσμο, άγευστο και άφλεκτο αέριο

Μοριακός τύπος: SF6

Σχετική μοριακή μάζα: 146,06

Ειδικό βάρος (ως αέριο): 6,164 g/L σε πίεση 1 bar (~5,1 φορές βαρύτερο από τον αέρα)

Ειδικό βάρος (σε υγρή φάση στους 25οC): 1,329 g/cm3

Ειδικό βάρος (σε στερεά φάση στους 50,8οC): 2,510 g/cm3

Σημείο τήξης: 64οC (υπό εξάχνωση)

Αποσυντίθεται στους 500οC

Διαλυτότητα: 0,0063 mL ανά mL ύδατος (20oC, 1 atm), 0,408 mL ανά mL ελαίου μετασχηματιστών (27oC, 1 atm)

Κρίσιμη θερμοκρασία: 45,7 οC

Κρίσιμη πίεση: 37,0 atm

Διπολική ροπή: 0

Γεωμετρία μορίου: Κανονικό οκτάεδρο

(δεδομένα από την Αναφ. 1,2)

Εξαφθοριούχο θείο

Sulfur Hexafluoride

 

 

Εισαγωγικά για το SF6

'Ενα αέριο που βλέποντας κανείς τον τύπο του θα μπορούσε να σκεφτεί ότι πρόκειται για μια επικίνδυνη, τοξική και διαβρωτική χημική ουσία. Ωστόσο, είναι τόσο αδρανές που θα μπορούσε να χαρακτηριστεί σαν "συνθετικό ευγενές αέριο". 'Ενα αέριο που δεν το δημιουργεί η φύση, αλλά ο άνθρωπος, δηλαδή ένα ανθρωπογενές αέριο. 'Ενα αέριο της σύγχρονης τεχνολογίας, με την καταπληκτική ικανότητα να "σβήνει" ακαριαία τα ηλεκτρικά τόξα, όπως ακριβώς σβήνει το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα τις συνηθισμένες πυρκαγιές.

Πού θα το βρούμε; Εκεί που υπάρχουν υψηλές ηλεκτρικές τάσεις, π.χ. από μερικά kV και πάνω. Στους υποσταθμούς υποβιβασμού τάσης και διανομής ηλεκτρικού ρεύματος, στους διακόπτες υψηλής τάσης σαν διηλεκτρικό, στα καλώδια υψηλής τάσης σαν μονωτικό, στις γεννήτριες υπερυψηλών τάσεων Van der Graaf. Ακόμη θα το βρούμε στη μεταλλουργία μαγνησίου και αλουμινίου, στη βιομηχανία ημιαγωγών, στη μετεωρολογία σαν αέριο-ιχνηθέτη και στην οφθαλμολογική χειρουργική.

Αλλά τίποτα δεν έρχεται χωρίς κάποιο κόστος: Το SF6 είναι το πιο δραστικό απ'όλα τα ανθρωπογενή αέρια ως προς τη δυναμικότητα επιδείνωσης του γνωστού ως "φαινόμενο του θερμοκηπίου"! Ευτυχώς, μέχρι στιγμής τα επίπεδα συγκέντρωσής του στην ατμόσφαιρα είναι χαμηλά. 

 

Σύνθεση και χημεία του SF6

Η σύνθεση του εξαφθοριούχου θείου πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1900 από τον Henri Moissan, ο οποίος 15 χρόνια προηγουμένως επέτυχε την απομόνωση του φθορίου με ηλεκτρολυτική μέθοδο, εργασία για την οποία τιμήθηκε με βραβείο Nobel το 1906. Η σύνθεση του SF6 πραγματοποιείται με απ'ευθείας αντίδραση αερίου φθορίου με θείο σύμφωνα με την αντίδραση:

Κατά την παραπάνω αντίδραση παράγονται σε μικρές ποσότητες και άλλες φθοριούχες ενώσεις του θείου, όπως δεκαφθοριούχο διθείο S2F10 και το τετραφθοριούχο θείο SF4. Οι ενώσεις αυτές, σε αντίθεση με το SF6, είναι χημικώς δραστικές και τοξικότατες και πρέπει να απομακρυνθούν. 'Ετσι, π.χ. το S2F10 απομακρύνεται με θέρμανση κατά την οποία διασπάται σύμφωνα με την αντίδραση

και με διαβίβαση του αερίου μέσω διαλύματος NaOH, το οποίο δεσμεύει το SF4 σύμφωνα με την αντίδραση:

Η πιο χαρακτηριστική ιδιότητα του SF6 είναι η μεγάλη του χημική αδράνεια, σε σημείο που δεν αντιδρά ούτε με τηγμένο μεταλλικό νάτριο.

Το αέριο φαίνεται ότι είναι τελείως μη τοξικό. Ποντίκια που έμειναν σε ατμόσφαιρα 20% Ο2 - 80% SF6 για 16-24 ώρες, δεν παρουσίασαν συμπτώματα δηλητηρίασης κατά την έκθεση ή μετά [Αναφ. 2]

Είναι χαρακτηριστικό το γεγονός ότι τα στοιχεία σελήνιο (Se) και τελλούριο (Te), τα οποία βρίσκονται στην ίδια ομάδα του περιοδικού συστήματος με το S και αμέσως κάτω από αυτό, σχηματίζουν τις επίσης αέριες ενώσεις SeF6 και TeF6, οι οποίες όμως, σε πλήρη αντίθεση με το SF6, είναι χημικώς δραστικότητες και εξαιρετικά τοξικές.

Η τρέχουσα τιμή του SF6 (καθαρότητας 99,8%) είναι περίπου 15 EU/kg που μπορεί να διπλασιαστεί για ακόμη καθαρότερο αέριο. Κάθε χρόνο παράγονται περίπου 8000 τόνοι SF6. Διακινείται ως υγρό σε φιάλες αερίων υπό πίεση 320 psi.

Λόγω του μεγάλου μοριακού βάρους του, το SF6 είναι περίπου 5 φορές πιο βαρύ από τον αέρα και παραμένει σε ανοικτά δοχεία σαν να ήταν υγρό. Στα παρακάτω δύο βίντεο από το YouTube δείχνονται δύο εντυπωσιακά πειράματα με το SF6.

Θα πρέπει να τονιστεί ότι τα αποτελέσματα των πειραμάτων αυτών οφείλονται αποκλειστικά και μόνο στο μεγάλο μοριακό βάρος του SF6 και όχι σε κάποια άλλη ιδιότητά του. Έτσι, σχεδόν τα ίδια αποτελέσματα θα είχαν πειράματα με το ευγενές αέριο Xe (ατομικό βάρος: 131,3), μόνο που το Xe δεν ενδείκνυται για τα πειράματα αυτά λόγω πολύ μεγαλύτερου κόστους και επειδή δρα ως ελαφρύ ναρκωτικό αέριο για λόγους που δεν έχουν ακόμη διευκρινιστεί.

 

Δύο πολύ ενδιαφέροντα βίντεο που δείχνουν δύο ιδιότητες του SF6, οι οποίες οφείλονται στο μεγάλο μοριακό βάρος του. Αριστερά: Ένα "βαρκάκι" από αλουμινόχαρτο επιπλέει στο αέριο, σαν το τελευταίο να ήταν ένα αόρατο υγρό. Δεξιά: Στο SF6 οι φωνητικές χορδές δονούνται σε χαμηλότερες συχνότητες, οπότε η ομιλία ενός που έχει εισπνεύσει SF6 ακούγεται πολύ πιο "μπάσα" (το ακριβώς αντίθετο συμβαίνει αν εισπνευσθεί ήλιο) [Προσοχή: τα πειράματα εισπνοής ασφυκτικών αερίων είναι επικίνδυνα και ας μην είναι τα εισπνεόμενα αέρια τοξικά!]

 

Εφαρμογές του SF6 στον ηλεκτρισμό

Σχεδόν το 80% της παραγωγής του SF6 χρησιμοποιείται για διάφορες ηλεκτρικές εφαρμογές. Η μηδενική διπολική ροπή του το καθιστά άριστο διηλεκτρικό υλικό σε διακόπτες και αγωγούς υψηλών τάσεων. Η χρήση του σε διακόπτες υψηλών τάσεων (από λίγα kV έως και μερικές εκατοντάδες kV) αποτρέπει το σχηματισμό ηλεκτρικού τόξου, που καθιστά αναποτελεσματική τη διακοπή (συνεχίζει να κυκλοφορεί ρεύμα) και καταστρέφει τον διακόπτη λόγω ανάπτυξης υψηλών θερμοκρασιών. Το υπό πίεση SF6 αντικαθιστά ως μονωτικό υλικό ελαιώδη υλικά, όπως τα πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCB), τα οποία απεδείχθησαν ιδιαίτερα επιβαρυντικά και επικίνδυνα για το περιβάλλον. Η καταλληλότητα του SF6 για το σκοπό αυτό ανακαλύφθηκε το 1937 και η βιομηχανική παραγωγή του για το σκοπό αυτό άρχισε ήδη από το 1948 [Αναφ. 2].

To SF6 ως αέριο υπό πίεση χρησιμοποιείται ως μονωτικό στους ονομαζόμενους υποσταθμούς με μόνωση αερίου (gas insulated switchgear, GIS), επειδή έχει πολύ πιο μεγάλη διηλεκτρική σταθερά από τον αέρα, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη διάσπασή του υπό την επίδραση ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου και επομένως την έναρξη ηλεκτρικού τόξου. Η ιδιότητα αυτή επιτρέπει τη μείωση του μεγέθους της ηλεκτρικής συσκευής, αφού δεν απαιτούνται μεγαλύτερες αποστάσεις για να αποφευχθεί η δημιουργία ηλεκτρικών τόξων. Παλαιάς τεχνολογίας υποσταθμοί περιείχαν μέχρι και ένα τόνο SF6, ενώ οι αντίστοιχης ισχύος σύγχρονοι υποσταθμοί περιέχουν μερικές δεκάδες χιλιογράμμων.

Με το SF6 καθίσταται δυνατή η κατασκευή ηλεκτρικών συσκευών ελέγχου υψηλών τάσεων (διακοπτών, μετασχηματιστών κ.λπ.) μικρού σχετικά μεγέθους, κατάλληλων για κλειστούς χώρους, σε αντίθεση με τα αντίστοιχα συστήματα εξωτερικών χώρων που μονώνονται με αέρα και επομένως καταλαμβάνουν πολύ μεγαλύτερο χώρο. Οι ηλεκτρικές συσκευές που μονώνονται με SF6 αέριο δεν ρυπαίνουν το περιβάλλον, είναι ανθεκτικότερες στις αλλαγές του κλίματος και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Διακόπτες υπερυψηλής τάσης

Το τι σημαίνει σύνδεση/αποσύνδεση γραμμών ηλεκτρικής τροφοδοσίας μερικών εκατοντάδων kV το δείχνουν τα ακόλουθα δύο βίντεο από το YouTube (δεξιά).

Πρόκειται για διακόπτες εξωτερικούς υποσταθμών τροφοδοσίας με ηλεκτρική ενέργεια γνωστοί ως υποσταθμοί με μόνωση αέρα (air insulated switchgear, AIS). Από την ένταση και τη βιαιότητα του φαινομένου είναι προφανές ότι οι διακόπτες αυτοί δεν είναι δυνατόν να χρησιμοποιούνται σε κλειστούς χώρους.

 

(α)

(β)

(γ)

Οι διακόπτες ισχύος με SF6 που χρησιμοποιούνται σε υποσταθμούς με μόνωση αερίου (GIS) χρησιμοποιούνται για να συνδέουν με το ηλεκτρικό δίκτυο ή να αποσυνδέουν από αυτό υψηλές ηλεκτρικές καταναλώσεις (υψηλές τάσεις/εντάσεις). Οι διακόπτες αυτοί βρίσκονται σε σφραγισμένο χώρο και περιέχουν SF6 υπό πίεση, το οποίο αποτρέπει το σχηματισμό ηλεκτρικού τόξου που θα μπορούσε να συντηρήσει τη διέλευση ρεύματος μετά τη διακοπή της επαφής των μεταλλικών οπλισμών, αλλά και να φθείρει τους μεταλλικούς οπλισμούς του διακόπτη λόγω ανάπτυξης υψηλής θερμοκρασίας. (α) Αρχή λειτουργίας: Κατά τη διακοπή του κυκλώματος, ρέει SF6 από το δεξιό χώρο (υψηλότερης πίεσης) προς τα αριστερά και "σβήνει" το ηλεκτρικό τόξο. (β) Εξωτερική εμφάνιση τυπικού διακόπτη ισχύος βιομηχανικών μονάδων. (γ) Διακόπτες ισχύος  υποσταθμών διανομής ηλεκτρικού ρεύματος.  

 

Πώς σβήνει το SF6 το ηλεκτρικό τόξο

Το ότι το SF6 είναι περίπου 100 φορές αποτελεσματικότερο από τον αέρα στην απόσβεση ηλεκτρικών τόξων οφείλεται σε συνδυασμό πολλών λόγων. Ένας από αυτούς είναι η μεγάλη διάμετρος πρόσκρουσης του μορίου που εκτιμάται περίπου στα 4,77 Å. Έτσι, αδέσμευτα ηλεκτρόνια μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο απορροφούνται πριν αποκτήσουν αρκετή κινητική ενέργεια για να δημιουργήσουν μέσω προσκρούσεων επιπλέον σωματίδια-φορείς ηλεκτρικού ρεύματος. Επιπλέον, τα προϊόντα πρόσκρουσης μορίων SF6 με ηλεκτρόνια επανασυνδέονται μεταξύ τους σύμφωνα με την παρακάτω αντίδραση και έτσι το SF6 διατηρείται ουσιαστικά αναλλοίωτο.

Ακόμη, το μόριο του SF6 απορροφά την ενέργεια του ηλεκτρονίου μεταπίπτοντας σε ανώτερες δονητικές ενεργειακές στάθμες και η σχετικά μεγάλη θερμική αγωγιμότητά του διαχέει ταχύτατα την παραγόμενη θερμότητα. Έτσι τα μόρια του SF6 δρουν ουσιαστικά σαν "αερόσακοι" πρόσκρουσης με τα ηλεκτρόνια διακόπτοντας τις διαδοχικές και ραγδαία αυξανόμενες σε αριθμό προσκρούσεις τους (φαινόμενο "χιονοστιβάδας"), που δημιουργούν συνεχώς περισσότερους φορείς ηλεκτρικού ρεύματος και επομένως το ηλεκτρικό τόξο. 

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το SF6 στα συστήματα GIS ανακυκλώνεται με αντλίες ενσωματωμένες στους διακόπτες και υπό κανονικές συνθήκες δεν διαρρέει προς την ατμόσφαιρα. 'Οπως προαναφέρθηκε η φθορά του SF6 κατά τη λειτουργία των GIS είναι ελάχιστη, όμως η μακροχρόνια χρήση τους οδηγεί στη συσσώρευση μικροποσοτήτων ανεπιθύμητων ουσιών.

Τα κυριότερα προϊόντα διάσπασης SF6 ή αντίδρασής του με άλλα υλικά (υδρατμοί, μεταλλικές/κεραμικές επιφάνειες) κατά τη δημιουργία ηλεκτρικού τόξου είναι τα ακόλουθα: HF (κυρίως), SOF2, SF4, SOF4, SiF4, S2F10, SO2F2, SO2 και διάφορες άλλες πτητικές φθοριούχες ενώσεις των μετάλλων που βρίσκονται στα συστήματα αυτά (π.χ. Cu, W) [Αναφ. 3-5]. Για να απαλλαχθεί το SF6 από τις ουσίες αυτές, που επιταχύνουν τη διάβρωση και τη φθορά του διακόπτη, το αέριο κυκλοφορεί μέσω φίλτρων τα οποία περιέχουν κοκκώδη νατράσβεστο (CaO+NaOH) που τις δεσμεύει. 

 

'Αλλες εφαρμογές του SF6

Το SF6 χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία του μαγνησίου ως προστατευτικό αδρανές αέριο για να προλαμβάνεται η ανάφλεξη κατά τη χύτευσή του (βλέπε παραπλεύρως φωτογραφίες α και β) [Αναφ. 6].

Στη μεταλλουργία του αλουμινίου διαβιβάζεται SF6 μέσω του τηγμένου μετάλλου για να απομακρύνει ακαθαρσίες και άλλα αέρια (κυρίως H2), που ο εγκλωβισμός τους κατά τη στερεοποίηση του μετάλλου θα προκαλούσε μείωση της μηχανικής αντοχής του λόγω σχηματισμού πόρων (βλέπε παραπλεύρως φωτογραφία γ) [Αναφ. 2].

Πλάσμα (ιοντισμένη κατάσταση της ύλης σε υψηλές θερμοκρασίες) SF6 χρησιμοποιείται στη βιομηχανία ημιαγωγών για διαβρωτική χάραξη επιφανειών (etchant).

Σημαντικές φαίνεται ότι είναι οι εφαρμογές του SF6 στην ιατρική. H ιδιαίτερα χαμηλή διαλυτότητα του SF6 στο αίμα, το κάνουν χρήσιμο στην οφθαλμολογική χειρουργική, όπου χρησιμοποιείται για μακροχρόνια κάλυψη σαν ταμπόν (tamponade, plug) οπών στις εγχειρίσεις αποκατάστασης περιπτώσεων αποκόλλησης του αμφιβληστροειδή χιτώνα.

Μια άλλη πρακτική εφαρμογή του SF6 είναι ότι χρησιμοποιείται ως ουσία αντίθεσης (contrast agent) κατά τη λήψη υπερηχογραφημάτων (ultrasound imaging). Μικροφυσαλίδες SF6 χορηγούνται με ένεση σε περιφερική φλέβα. Οι μικροφυσαλίδες αυτές βελτιώνουν την ορατότητα των αιμοφόρων αγγείων μέσω υπερήχων. Η εφαρμογή αυτή χρησιμοποιείται για τη διαπίστωση δημιουργίας αιμοφόρων αγγείων σε καρκινικούς όγκους (αγγειογένεση).

Χρησιμοποιείται ευρύτατα στους διπλούς θερμομονωτικούς υαλοπίνακες κατοικιών και άλλων κτηρίων. Λόγω της μικρής θερμικής αγωγιμότητάς παρεμβάλλεται στο κενό ανάμεσα στους δύο υαλοπίνακες με αποτέλεσμα την επίτευξη υψηλότερης θερμομόνωσης.

Χρησιμοποιείται ως ιχνηθέτης στην ωκεανογραφία (tracer) και σε μελέτες εξαερισμού και ανακύκλωσης αέρα κτηρίων, λόγω της εξαιρετικής ευαισθησίας και ακρίβειας μέτρησης εξαιρετικά χαμηλών συγκεντρώσεών του. Συγκεντρώσεις λίγων ppt (μέρη στο τρισεκατομμύριο) στον αέρα μπορούν να μετρηθούν εύκολα αεριοχρωματογραφικά με ανιχνευτή σύλληψης ηλεκτρονίων (electron capture detector, ECD). Πρόσφατα πραγματοποιήθηκε ένα πείραμα απελευθέρωσης ποσότητας SF6 σε σταθμό υπόγειου σιδηρόδρομου του Λονδίνου με σκοπό να εξετασθεί η διασπορά τοξικών αερίων μέσω των σηράγγων σε περίπτωση τρομοκρατικής ενέργειας [Αναφ. 1].

Αν και το SF6 είναι αέριο μη τοξικό, ακίνδυνο και βρίσκεται ακόμη σε πολύ χαμηλά επίπεδα στην ατμόσφαιρα (στο σύνολό του θεωρείται ανθρωπογενούς προέλευσης), λόγω της μεγάλης δυναμικότητάς του ως "αέριο θερμοκηπίου" καταβάλλονται προσπάθειες να μειωθούν οι χρησιμοποιούμενες ποσότητές του, όπως και οι εκπομπές του από τις διάφορες χρήσεις του και κυρίως από τη βιομηχανία παραγωγής και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας [Αναφ. 7].

 

Η συμβολή του SF6 στο φαινόμενο του θερμοκηπίου

'Οταν το ηλιακό φως φθάνει στην επιφάνεια της Γης, ένα μέρος του απορροφάται και θερμαίνει την επιφάνειά της. Η ακτινοβολία από τον ήλιο, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας της επιφάνειάς του φθάνει στη Γη κυρίως στην υπεριώδη και ορατή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (κόκκινη περιοχή στο παραπλεύρως σχήμα).

Σύμφωνα με τους νόμους ακτινοβολίας μέλανος σώματος, επειδή η θερμοκρασία της επιφάνειας της Γης είναι πολύ χαμηλότερη από εκείνη του ηλίου, η ακτινοβολούμενη από αυτή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία βρίσκεται σε περιοχές μεγαλύτερου μήκους κύματος (κυανή περιοχή στο παραπλεύρως σχήμα) και κυρίως στην περιοχή του υπερύθρου. Η ισορροπία μεταξύ της εισερχόμενης ακτινοβολίας (ηλιακής) και της εξερχόμενης (ακτινοβολία επιφάνειας Γης) είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη διαχρονική σταθεροποίηση της μέσης θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας.

Η απορρόφηση μέρους αυτής της "ανακλώμενης" μακροκυματικής ακτινοβολίας από συστατικά της ατμόσφαιρας συμβάλλει στη θέρμανσή της. Το φαινόμενο αυτό είναι ευρύτερα γνωστό ως φαινόμενο του θερμοκηπίου (greenhouse effect) και τα συστατικά της ατμόσφαιρας που απορροφούν στις περιοχές αυτές (υπέρυθρο) αναφέρονται ως αέρια θερμοκηπίου (greenhouse gases, GHGs).  

Στην απορρόφηση της "ανακλώμενης" ακτινοβολίας συμβάλλουν κυρίως οι υδρατμοί και το CO2 της ατμόσφαιρας. Πέραν αυτών στο φαινόμενο συμβάλλουν και αέρια όπως το CΗ4 και το Ν2Ο, που σε ιχνοποσότητες είναι φυσικά συστατικά της ατμόσφαιρας.

Στο παραπλεύρως σχήμα δείχνονται τα φάσματα της εισερχόμενης και εξερχόμενης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, όπως και οι περιοχές απορρόφησης από διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας. 'Ετσι, π.χ. φαίνεται ότι ολόκληρες περιοχές του υπέρυθρης ακτινοβολίας απορροφούνται πλήρως από τους ατμούς ύδατος [Αναφ. 8].

Μέχρι ένα σημείο το φαινόμενο του θερμοκηπίου όχι μόνο είναι ανεκτό αλλά και απαραίτητο για τη ζωή στον πλανήτη μας. Ό,τι όμως το επιτείνει συμβάλλει στην υπερθέρμανση της ατμόσφαιρας με όλα τα επακόλουθα καταστρεπτικά αποτελέσματα (κλιματικές αλλαγές, τήξη παγετώνων και πολικών πάγων, πλημμύρες). Και αυτό που το επιτείνει είναι η υπερβολική εκπομπή αερίων θερμοκηπίου λόγω των δραστηριοτήτων του ανθρώπου.

Αν και τη "μερίδα του λέοντος" στις εκπομπές λόγω ανθρωπίνων δραστηριοτήτων κατέχει το CO2, ιδιαίτερα δραστικά αποδείχθηκαν και άλλα αέρια τα οποία δεν δημιουργεί η φύση αλλά είναι ουσιαστικά 100% ανθρωπογενούς προέλευσης, όπως είναι διάφορα φθοροπαράγωγα υδρογονανθράκων αλλά και το SF6.

Σύμφωνα με το Πρωτόκολλο του Kyoto, μιας διεθνούς συμφωνίας υπό την αιγίδα των Ηνωμένων Εθνών (Kyoto, 1997), 160 κράτη τα οποία παράγουν περίπου το 60% των εκπεμπόμενων αερίων θερμοκηπίου, συμφώνησαν να λάβουν μέτρα με τα οποία μέχρι τα έτη 2008-2012 θα έχουν σταθεροποιήσει τις εκπομπές όλων των κύριων "αερίων του θερμοκηπίου" στα επίπεδα του 1990. Το πρωτόκολλο του Kyoto προβλέπει τη δυνατότητα αγοροπωλησίας άδειας εκπομπών μεταξύ των χωρών. Δηλαδή, εάν μια χώρα έχει περιθώρια περαιτέρω αύξησης των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου αλλά δεν προτίθεται να τα αξιοποιήσει, μπορεί τα περιθώρια αυτά να τα "πωλήσει" σε χώρες που δεν έχουν άλλα περιθώρια αύξησης των εκπομπών [Αναφ. 9-10].

Τα αέρια (και ομάδες αερίων) θερμοκηπίου, σύμφωνα με το Πρωτόκολλο του Kyoto είναι τα ακόλουθα:

1. Διοξείδιο του άνθρακα. Ανθρωπογενείς πηγές: Καύσεις άνθρακα και υδρογονανθράκων.

2. Μεθάνιο. Ανθρωπογενείς πηγές: Ανθρακωρυχεία, διαρροές κατά τη διανομή φυσικού αερίου, χωματερές (βιοαέρια).

3. Υποξείδιο του αζώτου. Ανθρωπογενείς πηγές: Νιτρικά λιπάσματα (παρέχουν N2O υπό την επίδραση βακτηριδίων ), αλλά και από τα οξείδια αζώτου που παράγονται κατά την καύση βενζίνης.

4. Υδροφθοράνθρακες (HFCs). Ανθρωπογενείς πηγές: Διαρροές ψυκτικών αερίων ψυγείων και κλιματιστικών (αντικαθιστούν πλέον τους απαγορευμένους χλωροφθοράνθρακες). 

5. Υπερφθοράνθρακες (PFCs). Ανθρωπογενείς πηγές: Ανεπιθύμητα παραπροϊόντα κατά την παραγωγή Al και από βιομηχανίες ημιαγωγών.

6. Εξαφθοριούχο θείο. Ανθρωπογενείς πηγές: Διαρροές υποσταθμών διανομής ηλεκτρικού ρεύματος και από μεταλλουργίες Mg και Al.

Οι χλωροφθοράνθρακες (CFCs) είναι αέρια που συμβάλλουν σημαντικά στην επιδείνωση του φαινομένου του θερμοκηπίου, ωστόσο τυπικά δεν υπάγονται στα αέρια θερμοκηπίου που ελέγχει το Πρωτόκολλο του Kyoto, δεδομένου ότι η παραγωγή τους έχει ήδη απαγορευθεί εξαιτίας της καταστρεπτικής τους δράσης στη στιβάδα του όζοντος.

Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζεται η σχετική δραστικότητα (σε σχέση με το CO2) διάφορων αερίων, όπου φαίνεται η ιδιαίτερα μεγάλη Δυναμικό Θέρμανσης του Πλανήτη (Global Warming Potential, GBW) του SF6.

 

Δυναμικότητα Παγκόσμιας Θέρμανσης διαφόρων αερίων (σε σχέση με το CO2) [Αναφ. 11]

Χημικός τύπος

Χρόνος ζωής (έτη)

Δυναμικό Θέρμανσης του Πλανήτη (GWP)*

(Χρονικός ορίζοντας)

 

 

20 έτη

100 έτη

500 έτη

CO2

μεταβλητός **

1

1

1

CH4

12±3

56

21

6,5

N2O

120

280

310

170

CHF3

264

9100

11700

9800

CH2F2

5,6

2100

650

200

CH3F

3,7

490

150

45

C5H2F10

17,1

3000

1300

400

C2HF5

32,6

4600

2800

920

C2H2F4

10,6

2900

1000

310

CH2FCF3

14,6

3400

1300

420

C2H4F2

1,5

460

140

42

C2H3F3

3,8

1000

300

94

C2H3F3

48,3

5000

3800

1400

C3HF7

36,5

4300

2900

950

C3H2F6

209

5100

6300

4700

C3H3F5

6,6

1800

560

170

SF6

3200

16300

23900

34900

CF4

50000

4400

6500

10000

C2F6

10000

6200

9200

14000

C3F8

2600

4800

7000

10100

C4F10

2600

4800

7000

10100

κυκλο-C4F8

3200

6000

8700

12700

C5F12

4100

5100

7500

11000

C6F14

3200

5000

7400

10700

* Το GWP μεθανίου περιλαμβάνει και την έμμεση δράση του επί της παραγωγής όζοντος στην τροπόσφαιρα και ατμών ύδατος στη στρατόσφαιρα.

** Με βάση το μοντέλο του κύκλου άνθρακα του Bern.

Μαθηματικά ο δείκτης GWP ενός αερίου αποδίδεται από την εξίσωση:

όπου: TH ο χρονικός ορίζοντας (time horizon) για τον οποίο εξετάζεται η τιμή GPW, αx είναι η απόδοση ακτινοβολίας της μονάδας παρουσίας της ουσίας x στη ατμόσφαιρα (π.χ. σε W m-2 kg-1) και [x(t)] είναι η συνάρτηση που παρέχει τη μεταβολή της περιεκτικότητας της ατμόσφαιρας στην ουσία x. αr και [r(t)] είναι οι αντίστοιχες παραστάσεις για την ουσία αναφοράς, που είναι το CO2. Αν δεν αναφέρεται διαφορετικά, ως χρονικός ορίζοντας θεωρούνται τα 100 έτη. [Αναφ. 12].

Δυστυχώς αποδείχθηκε ότι το κατά τα άλλα πολύτιμο αέριο SF6 έχει τη μεγαλύτερη δυναμικότητα συμβολής στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Σύμφωνα με έρευνες, το SF6 είναι 22.200 φορές πιο δραστικό από το CO2, δηλαδή 1 kg SF6 συμβάλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου όσο 22 τόνοι CO2 ή όσο η καύση 6 τόνων άνθρακα.

Η μέχρι στιγμής συγκέντρωση του SF6 στην ατμόσφαιρα είναι πολύ μικρή και επομένως η συνεισφορά του στο φαινόμενο είναι ακόμη ελάχιστη, όμως φαίνεται ότι υπάρχει τάση αύξησής της. Οι διεθνείς σταθμοί μετρήσεων αερίων στην ατμόσφαιρα στη Ανταρκτική (Neumayer station) και στην Τενερίφη (Izana Observatory) άρχισαν να μετρούν το SF6 από το 1970 και το βρήκαν τότε σε συγκέντρωσή 0,03 ppt (μέρη στο τρισεκατομμύριο). Το 1992 η συγκέντρωση βρέθηκε σε 2,8 ppt και εκτιμάται ετήσια αύξηση κατά 8,3%. Εκτιμάται ότι η συγκέντρωση θα φθάσει τα 20 ppt το 2030 [Αναφ. 13].

Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι ανθρωπογενείς εκπομπές αερίων θερμοκηπίου των ΗΠΑ κατά το έτος 2000, εκπεφρασμένες σε ισοδύναμο άνθρακα, οπότε λαμβάνεται υπόψη και το GWP κάθε αερίου (για χρονικό ορίζοντα 100 ετών). Από τον πίνακα αυτό φαίνεται η σχετική συμμετοχή του καθενός από τα 6 αέρια στην επιδείνωση του φαινομένου από τις ανθρώπινες δραστηριότητες και ότι το SF6 συνεισφέρει μόλις κατά 0,3%.

Ανθρωπογενείς εκπομπές αερίων θερμοκηπίου των ΗΠΑ κατά το έτος 2000 [Αναφ. 14]

Αέριο

θερμοκηπίου

Εκπομπές σε εκατομμύρια τόνους ισοδύναμου άνθρακα*

Σχετική συμμετοχή %

2

1583,3

83,25

CH4

176,8

9,30

N2O

99,4

5,22

HFCs**

28,1

1,48

PFCs**

8,7

0,46

SF6

5,5

0,29

* Η ποσότητα άνθρακα που στη μορφή CO2 θα είχε το ίδια την ίδια επίδραση με εκείνη της ποσότητας του εκπεμπόμενου αερίου θερμοκηπίου. Όπως αναφέρεται στο κείμενο 1 kg SF6 ισοδυναμεί σε καύση 6 τόνων C.

** Μίγματα αερίων. Η τιμή GWP είναι η μέση τιμή σταθμισμένη (weighted) ως προς τις επιμέρους εκπεμπόμενες ποσότητες κάθε συγκεκριμένου τύπου αερίου.

 

Το SF6 θα χρησιμοποιείται ευρύτατα κατά τις επόμενες δεκαετίες, μέχρις ότου βρεθούν άλλα υποκατάστατά του φιλικότερα προς το περιβάλλον. Οι προσπάθειες επικεντρώνονται στη χρησιμοποίηση όσο το δυνατόν μικρότερων ποσοτήτων του με βελτίωση των σχετικών τεχνολογιών, όπως και στον περιορισμό των διαρροών του.

Στο εμπόριο διατίθεται μεγάλη ποικιλία ευαίσθητων ανιχνευτών διαρροής του SF6 (SF6 leak detectors), που επιτρέπουν την έγκαιρη προειδοποίηση για απώλειες SF6 από ηλεκτρικές συσκευές υποσταθμών διανομής ηλεκτρικού ρεύματος. Η λειτουργία των συσκευών αυτών βασίζεται στην έντονη απορρόφηση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην περιοχή του υπερύθρου από το SF6 και τα όρια ανίχνευσής τους φθάνουν τα μερικά ppb (μέρη στο δισεκατομμύριο) [Αναφ. 15-17].

Συστήματα ανίχνευσης διαρροής SF6: (α) φορητός ανιχνευτής, (β) ανιχνευτής βάσης, (γ) ανίχνευση διαρροής από μακριά με σάρωση ακτίνας λέιζερ IR (κάνετε κλικ εδώ για να δείτε το σχετικό βίντεο [Αναφ. 17]).

 

Κάθε ενδιαφερόμενος μπορεί να διαβάσει τον Κανονισμό αριθ. 842/2006 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου της 17/5/2006 για ορισμένα φθοριούχα αέρια θερμοκηπίου, κάνοντας κλικ εδώ (Επίσημη Εφημερίδα της Ευρωπαϊκής Ένωσης).

 

 

 

Πηγές από το Διαδίκτυο - Βιβλιογραφία

  1. Wikipedia: "Sulfur Hexafluoride"

  2. Honeywell: "SF6 Technical Reference" (PDF, 2,24 ΜΒ)

  3. Environmental Protection Agency (ICF Consulting, 2002): "Byproducts of Sulfur Hexafluoride (SF6) Use in the Electric Power Industry" (PDF, 273 KB)

  4. Dervos CT, Vassiliou P: "Sulfur hexafluoride (SF6): Global environmental effects and toxic byproduct formation", J Air Waste Manag Assoc. 50:137-141, 2000

  5. Rollet P, Micozzi J: "SF6 recycling" (PDF, 23 KB)

  6. Environmental Protection Agency (2006): "SF6 Emission Reduction Partnership for the Magnesium Industry"

  7. Environmental Protection Agency (2006): "SF6 Emission Reduction Partnership for Electric Power Systems"

  8. Wikipedia: "Greenhouse Gases"

  9. Wikipedia: "Kyoto Protocol"

10. "Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change" (Πλήρες κείμενο συνθήκης)

11. United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC): "Global Warming Potentials"

12. Wikipedia: "Global Warming Potential"

13. Maiss M, Manfield Levin I, Ingeborg: "Global increase of SF6 observed in the atmosphere", Geophysical Research Letters 21:569-572, 1994

14. Energy Information Administration (EIA), 2000 (USA) "Emissions of Greenhouse Gases in the United States 2000"

15. ENERVAC Corporation: "SF6 Gas Leak Detector" (PDF, 55 KB)

16. LumaSense Technologies: "LumaSence SF6 Leak Detector"

17. Equipment Imaging and Solutions, Inc.: "Laser Imaging for SF6 Detection"

 

Αποποίηση ευθυνών: Έχει καταβληθεί κάθε προσπάθεια για να εξασφαλισθεί η ορθότητα των πληροφοριών που περιλαμβάνονται σε αυτή τη σελίδα, ωστόσο ο έχων την επιμέλεια της σελίδας αυτής και το Τμήμα Χημείας δεν αναλαμβάνουν τη νομική ευθύνη για τυχόν σφάλματα, παραλείψεις ή ανακριβείς πληροφορίες. Επιπλέον, το Τμήμα Χημείας δεν εγγυάται την ορθότητα των αναφερόμενων σε εξωτερικές ιστοσελίδες, ούτε η αναφορά μέσω συνδέσμων (links) στις ιστοσελίδες αυτές, υποδηλώνει ότι το Τμήμα Χημείας επικυρώνει ή καθ' οιονδήποτε τρόπο αποδέχεται το περιεχόμενό τους.