Hypothetische Frage: Sie haben heartsick über die globale Erwärmung, also haben Sie gerade $25,000 bezahlt, um ein Sonnensystem auf das Dach Ihres Hauses zu setzen. Wie reagieren Sie auf die Nachricht, dass es mit einer Chemikalie hergestellt wurde, die 17.000 Mal stärker ist als Kohlendioxid als Ursache der globalen Erwärmung?
Es klingt wie jemand die Idee, einen schlechten Witz., Aber letzten Monat berichtete eine Studie der Scripps Institution of Oceanography, dass Stickstofftrifluorid (NF3) mit einem globalen Erwärmungspotenzial von 17,000 jetzt in der Atmosphäre auf dem Vierfachen des erwarteten Niveaus vorhanden ist und schnell ansteigt. Die Verwendung von NF3 boomt derzeit, für Produkte von Computerchips und LCD-Flachbildschirmen bis hin zu Dünnschichtsolarphotovoltaik, einem wirtschaftlichen und immer beliebter werdenden Solarenergieformat.
Darüber hinaus deckt das Kyoto-Protokoll, das ein halbes Dutzend Treibhausgase begrenzt, NF3 nicht ab., Die Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen zählt sie nun zu den fünf wichtigsten neuen Treibhausgasen, die voraussichtlich nach 2012 in die nächste Phase der Regulierung der globalen Erwärmung aufgenommen werden. Und obwohl das beruhigend sein mag, deutet es auch auf den komplizierten Charakter des Problems der globalen Erwärmung hin.
In der Tat hatte NF3 populär geworden weitgehend als eine Möglichkeit, die globale Erwärmung zu reduzieren. Die US Environmental Protection Agency begann aktiv die Verwendung von NF3 in den 1990er Jahren zu fördern, als die beste Lösung für ein weit verbreitetes Problem bei der Herstellung der Komponenten für alles von Handys zu Laptop-Computern., Hersteller in der Elektronikindustrie verwenden alle eine Vakuumkammer, um komplizierte Schaltungen zu ätzen und eine dünne Schicht chemischen Dampfes auf der Oberfläche eines Produkts abzuscheiden. Ein Teil des Dampfes baut sich unweigerlich als glasige Krude im Inneren der Kammer auf.
UC Irvine-Forscher stellten fest, dass NF3 eines der stärksten bekannten Treibhausgase ist und 550 Jahre in der Atmosphäre verbleibt.
Um diese Schicht crud auseinanderzureißen und die Vakuumkammer zu reinigen, verwendeten die Hersteller starke fluorierte Treibhausgase., Die übliche Wahl, Hexafluorethan oder C2F6 klingt zunächst besser als NF3. In Bezug auf die globale Erwärmung ist es nur etwa 12.000 Mal schlechter als Kohlendioxid. Aber C2F6 ist schwer abzubauen, und ungefähr 60 Prozent dessen, was in die Vakuumkammer gelangt, landen in der Atmosphäre. Mit NF3 deuteten Schätzungen darauf hin, dass unter optimalen Bedingungen etwa 98 Prozent dessen, was in die Vakuumkammer gelangt, dort zerstört werden.,
Also, wenn die Halbleiterindustrie kündigte eine freiwillige Partnerschaft mit der EPA Treibhausgasemissionen um 10 Prozent von 1995 Niveaus zwischen 1999 und 2010 zu reduzieren, wurde NF3 die Ersatztechnologie der Wahl. Hersteller von Flachbildschirmen kündigten bald ein ähnliches Programm an. Im Jahr 2002 verlieh die EPA dem größten NF3-Hersteller, der in Pennsylvania ansässigen Air Products and Chemicals Inc., einen Klimaschutzpreis., für seine Arbeit bei der Reduzierung von Emissionen.
Dann im vergangenen Sommer, ein Papier NF3 Aufruf „the greenhouse gas missing from Kyoto“ erregte breite Aufmerksamkeit der Presse. Co-Autoren Michael J., Prather und Juno Hsu von der University of California in Irvine stellten fest, dass NF3 eines der stärksten bekannten Treibhausgase ist und 550 Jahre in der Atmosphäre verbleibt.
Aber wieder in den 1990er Jahren, als das Kyoto-Protokoll wurde ausgehandelt, NF3 war eine Nische, Produkt, unbekannt global-warming potential (GWP). NF3 wurde also ausgelassen, was bedeutet, dass die Industrie keine Notwendigkeit hat, Emissionen zu verfolgen oder sogar zu melden, wie viel NF3 tatsächlich produziert wird.
Das ließ Raum für das, was sich wie ein „Flimflam“ anfühlte.,“In einem Interview mit Yale Environment 360 schätzte er, dass 20 oder 30 Prozent der gesamten NF3 — Produktion in der Atmosphäre landen-nicht die Zwei-Prozent-Industrie schien darauf hinzudeuten. Er und Hsu charakterisierten Air Products, denselben NF3-Hersteller, den die EPA geehrt hatte, als Produktion des jährlichen globalen Erwärmungsäquivalents eines der größten Kohlekraftwerke der Welt.
Laut einem neuen Bericht ist NF3 jetzt in der Atmosphäre mit dem Vierfachen der erwarteten Menge vorhanden, wobei die atmosphärischen Konzentrationen um 11 Prozent pro Jahr steigen.,
Ein neues Papier, das im Oktober in Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, füllte Lücken in diesem düsteren Bild — und drohte, die Erfolgsgeschichte der NF3-Emissionen in eine PR-Katastrophe zu verwandeln. Ray Weiss und sein Forschungsteam an der Scripps Institution of Oceanography berichteten, dass NF3 jetzt in der Atmosphäre bei viermal der erwarteten Menge vorhanden ist, mit atmosphärischen Konzentrationen steigen 11 Prozent pro Jahr. Ausgehend von jährlichen Produktionsschätzungen von 4.000 Tonnen ging Weiss davon aus, dass etwa 16 Prozent der aktuellen Produktion in der Atmosphäre landen.,
Corning Painter, ein Vizepräsident bei Air Products, lobte das Weiss-Papier, argumentierte jedoch, dass“ die Zahlen in der Größenordnung relativ nahe an früheren Schätzungen liegen“. In einem Brief an das New Scientist Magazine in diesem Sommer hatte Painter den Eindruck erweckt, dass die Gesamtemissionen im Bereich von zwei Prozent lagen. „Mehr als 20 Jahre Forschung und Arbeit mit unseren Kunden stellen fest, dass weniger als 2 Prozent von NF3 in die Atmosphäre freigesetzt werden“, schrieb er.,
Aber in einem Interview mit Yale Environment 360, sagte Painter Air Products hat eine Emissionsrate von zwei Prozent nur bei der Herstellung und Verpackung des Gases, obwohl er sagte, dass die Rate weiter sinkt. Er sagte, die globale NF3-Produktion beträgt tatsächlich 7,300 Tonnen pro Jahr. Angesichts der Zahlen von Weiss für atmosphärische Konzentrationen würde dies zu einer Gesamtemissionsrate von annähernd 8 Prozent führen, einschließlich Herstellung, Transport und Endverbrauch.
Immer die beworbenen Ergebnisse mit NF3 immer auf eine teure neue Technologie namens Remote Plasma Cleaning., Es bricht das Gas in einem entfernten Behälter auf und injiziert dann den Wirkstoff Fluor zusammen mit Stickstoff in die Vakuumkammer. Mit der optimalen Konfiguration zerstört der Prozess fast alle NF3. Größere Unternehmen haben den Wechsel zur Plasmafernreinigung vorgenommen, als sie auf neuere Herstellungswerkzeuge umstellten, oft mit großem Aufwand. „Sie können Leute sagen hören ‘‘ Ich bin von einem Hummer zu einem Prius gegangen. Ich habe alle meine freiwilligen Verpflichtungen erfüllt“, sagte Painter.
Aber andere Unternehmen mit älteren Werkzeugen stecken, einfach ersetzt C2F6 mit NF3., Dieser Band-Aid-Ansatz gibt immer noch etwa 20 Prozent des NF3 in die Atmosphäre frei. Maler argumentierte, dass die kämpfende Wirtschaft die Hersteller zwingen wird, diese weniger effizienten Produktionslinien zu schließen und die Gesamtemissionen zu reduzieren. Im Oktober schätzten globale Branchenanalysten jedoch, dass die NF3-Produktion in den nächsten vier Jahren aufgrund der wachsenden Nachfrage in der Elektronikindustrie auf fast 20.000 Tonnen steigen wird.
Darüber hinaus garantiert selbst die neueste Ausrüstung nicht, dass ein Unternehmen die optimalen Emissionsraten erreicht — zum Beispiel in der Solarzellenindustrie., Amorphe Silizium-Dünnschicht-Solar-Photovoltaik-Zellen, hergestellt mit NF3, sind etwas weniger effizient als kristalline Silizium-Solarzellen, die dominierende Technologie. Sie sind jedoch billiger zu produzieren und werden voraussichtlich einen schnell wachsenden Anteil am Solarmarkt sowohl für große als auch für inländische Anwendungen liefern.
Da Dünnfilm eine neue Technologie ist, verwenden Hersteller in der Regel die neuesten Geräte. Aber eine sachkundige Quelle, die darum bat, nicht identifiziert zu bleiben, besuchte kürzlich Dünnschicht-Solarforscher in Asien. „Sie waren sich des NF3-Problems nicht bewusst., Sie benutzten ein entferntes Plasma, aber sie benutzten auch ziemlich viel NF3. Sie waren sich nicht sicher, ob sie es für 98 Prozent Zerstörung richtig eingerichtet hatten. Es war nicht wirklich auf ihrem Radar.“
Das Endergebnis, sagte UC Irvines Prather, ist, dass “ der Industrie wirklich nicht zur Selbstregulierung vertraut werden kann.“Wir werden das Ausmaß des Problems erst erfahren, wenn wir eine ehrliche, gesetzlich vorgeschriebene Berichterstattung haben.“Die andere wichtige Lektion aus dem NF3-Fall ist laut Scripps Weiss, dass die von einigen Vorschriften zur globalen Erwärmung geforderten Bottom-up-Messungen nicht ausreichen., Wenn Sie herausfinden, wie viel Methan eine Kuh produziert, und dann die Kühe addieren, erhalten Sie möglicherweise keinen Grund zur Wahrheit, wenn es um die globale Erwärmung geht. „Man muss von oben nach unten messen und sehen, was tatsächlich in die Luft geht.“
Eine praktische Alternative zu NF3 existiert bereits. Laut Paul Stockman von Linde Gas aus München hat Fluor kein globales Erwärmungspotenzial und keine atmosphärische Lebensdauer. Aber es ist auch hochgiftig und reaktiv. Anstatt also in Flaschen wie NF3 versendet zu werden, muss es vor Ort mit speziellen Geräten generiert werden., Stockman, dessen Unternehmen NF3 herstellt, sagte, Fluor werde in der Dünnschichtsolarherstellung von wesentlicher Bedeutung sein, da schnellere Reinigungszeiten einen erheblichen Produktivitätsschub bedeuten.In der Zwischenzeit unterstützt Air Products die Aufnahme von NF3 in die Liste der regulierten Treibhausgase im zweiten Verpflichtungszeitraum des Kyoto-Protokolls ab 2012. Aber Prather glaubt, dass die Industrie vorher ehrlicher über NF3-Produktion und-Emissionen werden muss. Solarzellen sind wie jedes andere Produkt, sagte er, dass der Herstellungsprozess eine globale Erwärmung Fußabdruck hat., Aber Solarkäufer sind wahrscheinlich besonders besorgt über die Größe dieses Fußabdrucks — und nicht so erfreut herauszufinden, dass das, was sie für einen Prius hielten, innen wirklich nur ein Hummer ist.