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R. Obernosterer:
"Flüchtige Halogenkohlenwasserstoffe FCKW, CKW, Halone Stoffflußanalyse Österreich";
Betreuer/in(nen): P.H. Brunner; Institut für Wassergüte und Abfallwirtschaft, 1994.

Flüchtige Halogenkohlenwasserstoffe (FCKW, H-FCKW, CKW, Halone) werden meist unter dem Sammelbegriff FCKW zusammengefaßt. Mit ihrer Synthese glaubte man eine ökologisch völlig unbedenkliche Substanz entwickelt zu haben. Heute weiß man, daß flüchtige Halogenkohlenwasserstoffe wesentlich an den globalen Umweltproblemen 'Ozonschichtabbau' und 'Treibhauseffekt', sowie an lokalen Umweltproblemen, wie beispielsweise Grundwasserverunreinigungen und saurer Regen beteiligt sind. Die Folgen dieser Umweltveränderungen bedrohen Lebewesen und Ökosysteme. Durch die Unterzeichnung des Montrealer Protokolls (1987) und dessen Folgevereinbarungen hat sich Österreich verpflichtet, auf den Einsatz von FCKW bis zum Jahr 2000 zu verzichten.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Stoffhaushalt jener flüchtigen halogenierten Kohlenwasserstoffe für Österreich untersucht, die ein Ozonzerstörungspotential aufweisen. Aufgrund des unterschiedlichen chemischen Aufbaues der Verbindungen ist ihr Beitrag zum Ozonabbau und zum Treibhauseffekt verschieden. Um die schädliche Wirkung der verschiedenen Verbindungen vergleichen und bewerten zu können, müssen sie auf einen Standard bezogen werden. Es werden das relative Ozonabbaupotential (ODP - Ozon Depleting Potential) und das relative Treibhauspotential (GWP - Global Warming Potential) zur Beurteilung herangezogen.

Im Jahre 1990 wurden in Österreich etwa 13.000 Tonnen, dem entsprechen ca. 4.100 ODP-Einheiten flüchtige Halogenkohlenwasserstoffe eingesetzt. Davon entfielen auf Treibmittel zur Schaumstofferzeugung 2.150 ODP (53%); auf Lösungs- und Reinigungsmittel 1.050 ODP (26%); auf Brandschutzmittel 450 ODP (11%); auf Kältemittel 350 ODP (8%) und auf Treibmittel in Druckgaspackungen 100 ODP (2%). 53% der eingesetzten Menge entwich in die Atmosphäre. 46% wurden nicht unmittelbar in die Atmosphäre freigesetzt, sie blieben in den erzeugten Produkten gespeichert. Diese gespeicherten Mengen werden als Lager bezeichnet und stellen mögliche Emissionsquellen der Zukunft dar. Weniger als 1% (30 ODP) wurden fachgerecht entsorgt und anschließend recycliert oder verbrannt. Die thermische Behandlung (Verbrennung) stellt die Zerstörung der FCKW, CKW und H-FCKW Moleküle und damit ihres Ozonzerstörungspotentials weitgehenst sicher. Die Halon Entsorgung bereitet derzeit noch Schwierigkeiten.

Die Emissionen der letzten Jahre sind aufgrund von Vermeidungsmaßnahmen rückläufig. Die größte Reduktion der ODP-Emissionen wurde 1989 durch das Einsatzverbot des 'harten' FCKW R11 als Treibmittel in Spraydosen erreicht. Als Alternative stand das 'weiche' H-FCKW R22 zur Verfügung. Während durch das Verbot in der Vergleichsperiode der mengenmäßige Verbrauch dieses Einsatzbereiches um 50% (von 4.000 Tonnen 'harten' FCKW auf 2.000 Tonnen 'weiche' H-FCKW) abnahm, bewirkte diese Maßnahme eine überproportionale Abnahme der ODP-Einheiten von 4.000 ODP auf 100 ODP, d.h. eine Reduktion um 97%. Mit dem Ersatz der 'harten' FCKW durch die 'weichen' H-FCKW kann kurz- bis mittelfristig ein weiterer wesentlicher Beitrag zum Schutze der Ozonschicht erreicht werden.

Etwa 60.000 ODP-Einheiten, daß sind 1/3 der in der Vergangenheit eingesetzten FCKW-Mengen sind im Lager gespeichert. Bezogen auf die jährlichen Emissionen der Vorjahre kann abgeschätzt werden, daß die in den Lagern gespeicherte Menge etwa 27 mal der Emissionsmenge von 1990 und etwa 10 mal der Emissionsmenge von 1986 (vor in Kraft treten der ersten Vermeidungsverordnungen) entspricht. Angesichts der Tatsache, daß FCKW's erst seit ca. 25 Jahren vermehrt eingesetzt wurden und in dieser Zeitspanne zu den bekannten Umwelteinflüssen geführt haben, scheint die Menge an gespeicherten FCKW groß. Bedingt durch die Lebensdauer der Güter und die Diffusionsraten werden diese Emissionen auf die nächsten Jahrzehnte verteilt anfallen.

Der Lagerzuwachs betrug 1990 etwa 1.900 ODP, wobei der größte Anteil von 66% in die erzeugten Schaumstoffe floß. Das Lager an 60.000 ODP setzt sich aus ca. 33.000 ODP in den Dämmstoffen im Baubereich, 11.000 ODP in den restlichen Schaumstoffen, 10.000 ODP in den Deponien, 3.000 ODP in den Kühlsystemen und zu 2.500 ODP in den Feuerlöschsystemen zusammen. Das FCKW-Lager in Haushaltskühlgeräten (Kühlflüssigkeit und Dämmstoff) ist mit etwa 1.500 ODP im Vergleich zu den anderen Lagergrößen relativ gering.

Das größte Lager bildete sich in PUR- und XPS-Wärmedämmstoffen im Baubereich. Etwa 10% der hergestellten Wärmedämmstoffe wurden in den letzten Jahren mit FCKW geschäumt. Die FCKW-Moleküle sind in den geschlossenen Poren der Schaumstoffe eingeschlossen und entweichen durch Diffusion oder beim Aufbrechen der Schaumporen. Die Diffusionsvorgänge der FCKW aus den Schaumstoffen sind bis heute kaum untersucht worden. Daher sind keine gesicherten Daten über den Diffusionsverlauf (Abhängig von der Plattenstärke, den Plattenkaschierungen, den Einsatzbereichen etc.) bekannt. Heute wird davon ausgegangen, daß in 100 Jahren noch etwa die Hälfte der eingesetzten Mengen in den Dämmstoffen vorhanden sind. Selbst wenn es Österreich gelingt, ab 1995 auf den Einsatz FCKW-geschäumter Dämmstoffe zu verzichten, ist durch den Lagerabbau über einen sehr langen Zeitraum mit weiteren FCKW-Emissionen zu rechnen. Während der Abbrucharbeiten von Gebäuden würde es kaum zu einem vollkommenen Austritt der noch in den Dämmstoffen verbliebenen FCKW-Moleküle kommen. Ein Teil dieser Menge würde durch das Aufbrechen der Poren in die Atmosphäre freigesetzt werden. Der restliche Teil würde, soferne er nicht fachgerecht entsorgt wird, das Lager in den Deponien vergrößern. Da nicht alle Dämmstoffe FCKW geschäumt sind, sollten die FCKW-Lager der PUR- und XPS-Dämmstoffe genauest möglich lokalisiert werden. Erst dann kann eine Entsorgung dieser Güter zielgerichtet erfolgen bzw. können Entsorgungsschwerpunkte erkannt werden. Erste Nachforschungen zeigen, daß möglicherweise nahezu 50% der FCKW-hältigen Dämmstoffe in Flachdachkonstruktionen aufzufinden sind.

Um das Umweltgefährdungspotential der FCKW-Lager abschätzen zu können, muß neben der Größe der globalen FCKW-Lager der Einfluß der jährlichen Lageremissionsraten auf die stratosphärische Ozonschicht untersucht werden. Dazu sind unter anderem genauere Angaben der jährlichen Diffusionsraten aus den Dämmstoffen notwendig. Wenn ein deutlicher Einfluß der Lageremissionen auf den Ozonschichtabbau gegeben ist, müßte erwogen werden, ob die Lager schon kurzfristig entsorgt werden müssen.

Schlußfolgerungen

Die vom Gesetzgeber durchgeführten Verbote und Beschränkungen der Inputmengen waren sehr effizient. Im Bereich der Lager werden zu dieser Zeit lediglich die relativ geringen FCKW-Mengen der zu entsorgenden Haushaltskühlgeräte gesetzlich erfaßt. In Zukunft ist neben den Bemühungen zum Totalausstieg des FCKW/H-FCKW Einsatzes (Geplant mit Ende 1999) auf die Lagerproblematik und auf die Gefahren der Ersatzstoffe (Treibhauswirksamkeit, Ökotoxikologie) vermehrt einzugehen.

Die Emissionen in die Atmosphäre werden in den nächsten Jahren stetig abnehmen, aufgrund des Emissionspotentials der Lager jedoch noch über mehrere Jahrzehnte andauern.

Das größte Lager an FCKW besteht in den Dämmstoffen des Bauwesens. Ihm muß in Zukunft eine hohe Priorität eingeräumt werden. Sein Umweltgefährdungspotential ist abzuschätzen. Um gesicherte Aussagen über die Lagerentwicklung treffen zu können, sind neben den jährlichen Diffusionsraten aus Dämmstoffen die möglichen Emissionsraten bei Abbrucharbeiten im Bauwesen, sowie die Aufenthaltszeiten der Halogenlager in Kühl- und Brandschutzsystemen notwendig. Erst dann könnten geeignete Maßnahmen, beispielsweise Optimierung des Abbruchs, Rückbau der Lager und Verbrennung FCKW-hältiger Dämmstoffe diskutiert bzw. getroffen werden.

"CFC-Flux Analysis"

When volatile halogenated hydrocarbons (CFC, H-CFC, halons), commonly known as CFCs, were first synthesised they were considered an ecologically harmless substance. Today we know that CFCs play an important role both in global pollution such as the depletion of the ozone layer or global warming as well as regional pollution such as the contamination of ground water. The consequences of environmental pollution constitute a threat to both living organisms and ecosystems. By signing the Montreal Protocol (1987) and its follow-up agreements Austria committed itself to ban the use of CFCs by the year 2000.

This study concerns the flows of volatile halogenated hydrocarbons in Austria. The ozone depleting potential and the global warming potential of these chemical compounds differ as a result of their various chemical structures. The harmful effects of the individual chemical compounds on the environment are compared and evaluated by using two standards, the relative ozone depleting potential (ODP) and the relative global warming potential (GWP).

In 1990, approximately 13'000 tonnes of halogenated hydrocarbons, equivalent to 4'100 ODP-units, were used in Austria for expanding agents in the production of foamed plastics, for solvents and detergents, for fire extinguishing systems, for refrigerants and for propellants in aerosol packings. 53% of the total amount of CFCs used were released into the atmosphere. However, 46% were not immediately released into the atmosphere but stored in various products. Those CFCs stored in products represent potential future emission sources. Less than 30 ODP (1%) are properly disposed of and eventually recycled or incinerated. Whereas incineration more or less guaranties the destruction of CFC and H-CFC molecules and thus the destruction of their ozone depleting potential, the disposal of halons still poses some difficulties.

Measures to reduce ODP emissions have been taken over the past few years. The most important reduction was achieved in 1989 as a result of the ban on the use of "hard" CFC R11 as propellants in aerosols. "Soft" H-CFC R22 served as a substitute for "hard" CFC R11. Replacing "hard" CFC R11 by "soft" H-CFC R22 has been another major contribution towards the protection of the ozone layer in the short and in the medium term.

About 60'000 ODP-units, i.e. about one third of the total amount of CFCs used so far, are stored in stocks. As can be calculated from the emissions of previous years, the amount of CFCs stored in 1993 was about 27 times the amount of CFC emissions of 1990 and about 10 times that of 1986 (prior to the first legal regulations). Considering the fact that the wide use of CFCs began about 25 years ago and that CFCs have played a major role in environmental pollution, the total amount of stored CFCs seems rather large. The life span of the respective goods and the CFC diffusion rates are responsible for the fact that stored CFCs will be released into the atmosphere over the next few decades.

In Austria, there was an increase in CFC stocks by about 1900 ODP in 1990, with the largest amount of volatile halogenated hydrocarbons (66%) used for foamed plastics. The total stock of 60'000 ODP is composed of about 33'000 ODP stored in insulating materials used for buildings; 27'000 ODP stored in other foamed plastics; in landfill sites and in cooling and fire protection systems. The amount of about 1500 ODP stored in household refrigerators (cooling agents and insulating materials) appears to be rather small.

The largest stock of CFCs is found in insulating materials, which are used as building materials. About 10% of all insulating materials have been foamed with CFCs over the past few years. The CFC molecules, which are locked in the cells of foamed plastics, escape by means of diffusion or by breaking up these cells. As the diffusion process (which depends on the thickness, the lamination and the field of application of the insulating material) has hardly been investigated yet, there is no reliable data about CFC emissions from buildings yet available. Today we assume that approximately half of the total amount of CFCs stored in insulating materials will still be present in hundred years. Even if Austria succeeds in banning the use of CFC-foamed insulating materials by 1995 it will face further long-term CFC-emissions as a result of the decomposition of stocks. Only a part of the total amount of CFCs stored in insulating materials will be released into the atmosphere when breaking up the cells of the insulating materials in the course of building demolition. The remaining insulating materials, however, would increase CFC- stocks in landfill sites if they were not properly disposed of, e. g. by incineration.

In addition to the mass of global CFC stocks, the impact of annual stock emissions on the stratospheric ozone layer has to be calculated in order to evaluate the environmentally harmful potential of CFC stocks. Among other things, we need to know the annual CFC diffusion rates from insulating materials for this purpose. If stock emissions do have a clear impact on the depletion of the ozone layer, this source has to be managed properly.

Conclusions:

The legal bans and restrictions imposed on the comparatively small amounts of CFCs consumed have proved very effective. As far as CFCs stocks are concerned, only those amounts stored in household refrigerators are controlled by law at present. In addition to the attempts to ban the use of CFCs/H-CFCs, we will have to pay more attention to the problems caused by CFC stocks and to the harmful effects of CFC substitutes on the environment (i.e. greenhouse effect, ecotoxicology).

CFC/H-CFC emissions will be steadily decreasing over the next few decades. But they will continue for decades to centuries, which is due to the emission potential of CFC stocks.

The largest CFC stock, is in insulating materials used for buildings. It´s management will have to be given priority in future. The effects of CFCs on the environment will have to be evaluated. We can only make reliable statements about the development of stocks if we know the emission rates as a result of building demolition, the period of time during which CFCs are stored in cooling and fire protection systems as well as the annual CFC diffusion rates from insulating materials. We need this information in order to take the appropriate measures including the decomposition and reduction of CFC stocks e. g. by incineration of CFC containing insulating materials.