Trends and emissions of six perfluorocarbons in the Northern Hemisphere and Southern Hemisphere
Creators
-
Elise Droste1
-
Karina E. Adcock1
-
Matthew J. Ashfold2
-
Charles C.‐K. Chou3
-
Zoë L. Fleming4, 5, 6, 7
- Paul J. Fraser8, 9
- Lauren J. Gooch1
- Andrew J. Hind1
-
Ray L. Langenfelds8, 9
-
Emma Leedham Elvidge1
- Norfazrin Mohd Hanif1, 10
-
Simon O'Doherty11
- D. E. Oram4, 1
-
Chang‐Feng Ou‐Yang12
-
Marios Panagi4, 5
-
Claire E. Reeves1
-
William T. Sturges1
-
Johannes Laube1, 13
- 1. University of East Anglia
- 2. University of Nottingham Malaysia Campus
- 3. Research Center for Environmental Changes, Academia Sinica
- 4. National Centre for Atmospheric Science
- 5. University of Leicester
- 6. Center for Climate and Resilience Research
- 7. University of Chile
- 8. CSIRO Oceans and Atmosphere
- 9. Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation
- 10. National University of Malaysia
- 11. University of Bristol
- 12. National Central University
- 13. Forschungszentrum Jülich
Description
Abstract. Perfluorocarbons (PFCs) are potent greenhouse gases with global warming potentials up to several thousand times greater than CO2 on a 100-year time horizon. The lack of any significant sinks for PFCs means that they have long atmospheric lifetimes of the order of thousands of years. Anthropogenic production is thought to be the only source for most PFCs. Here we report an update on the global atmospheric abundances of the following PFCs, most of which have for the first time been analytically separated according to their isomers: c-octafluorobutane (c-C4F8), n-decafluorobutane (n-C4F10), n-dodecafluoropentane (n-C5F12), n-tetradecafluorohexane (n-C6F14), and n-hexadecafluoroheptane (n-C7F16). Additionally, we report the first data set on the atmospheric mixing ratios of perfluoro-2-methylpentane (i-C6F14). The existence and significance of PFC isomers have not been reported before, due to the analytical challenges of separating them. The time series spans a period from 1978 to the present. Several data sets are used to investigate temporal and spatial trends of these PFCs: time series of air samples collected at Cape Grim, Australia, from 1978 to the start of 2018; a time series of air samples collected between July 2015 and April 2017 at Tacolneston, UK; and intensive campaign-based sampling collections from Taiwan. Although the remote "background" Southern Hemispheric Cape Grim time series indicates that recent growth rates of most of these PFCs are lower than in the 1990s, we continue to see significantly increasing mixing ratios that are between 6 % and 27 % higher by the end of 2017 compared to abundances measured in 2010. Air samples from Tacolneston show a positive offset in PFC mixing ratios compared to the Southern Hemisphere baseline. The highest mixing ratios and variability are seen in air samples from Taiwan, which is therefore likely situated much closer to PFC sources, confirming predominantly Northern Hemispheric emissions for most PFCs. Even though these PFCs occur in the atmosphere at levels of parts per trillion molar or less, their total cumulative global emissions translate into 833 million metric tonnes of CO2 equivalent by the end of 2017, 23 % of which has been emitted since 2010. Almost two-thirds of the CO2 equivalent emissions within the last decade are attributable to c-C4F8, which currently also has the highest emission rates that continue to grow. Sources of all PFCs covered in this work remain poorly constrained and reported emissions in global databases do not account for the abundances found in the atmosphere.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الملخص: مركبات الكربون المشبعة بالفلور (PFCs) هي غازات دفيئة قوية ذات إمكانات احترار عالمي تصل إلى عدة آلاف من المرات أكبر من ثاني أكسيد الكربون في أفق زمني 100 عام. ويعني عدم وجود أي أحواض كبيرة لمركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور أن لها أعمارًا طويلة في الغلاف الجوي تبلغ آلاف السنين. يُعتقد أن الإنتاج البشري هو المصدر الوحيد لمعظم مركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور. نقدم هنا تحديثًا حول الوفرة العالمية في الغلاف الجوي لمركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور التالية، والتي تم فصل معظمها لأول مرة تحليليًا وفقًا لأيزومراتها: c - octafluorobutane (c - C4F8) و n - decafluorobutane (n - C4F10) و n - dodecafluoropentane (n - C5F12) و n - tetradecafluorohexane (n - C6F14) و n - hexadecafluoroheptane (n - C7F16). بالإضافة إلى ذلك، نبلغ عن مجموعة البيانات الأولى حول نسب خلط البيرفلورو-2 - ميثيل البنتان في الغلاف الجوي (i - C6F14). لم يتم الإبلاغ عن وجود وأهمية أيزومرات الهيدروكربون المشبع بالفلور من قبل، بسبب التحديات التحليلية لفصلها. تمتد السلسلة الزمنية من عام 1978 إلى الوقت الحاضر. يتم استخدام العديد من مجموعات البيانات للتحقيق في الاتجاهات الزمنية والمكانية لمركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور هذه: سلسلة زمنية من عينات الهواء التي تم جمعها في كيب غريم، أستراليا، من عام 1978 إلى بداية عام 2018 ؛ سلسلة زمنية من عينات الهواء التي تم جمعها بين يوليو 2015 وأبريل 2017 في تاكولنيستون، المملكة المتحدة ؛ ومجموعات عينات مكثفة قائمة على الحملات من تايوان. على الرغم من أن السلسلة الزمنية "الخلفية" النائية لكاب غريم في نصف الكرة الجنوبي تشير إلى أن معدلات النمو الأخيرة لمعظم مركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور هذه أقل مما كانت عليه في التسعينيات، إلا أننا ما زلنا نرى زيادة كبيرة في نسب الخلط التي تتراوح بين 6 ٪ و 27 ٪ بحلول نهاية عام 2017 مقارنة بالوفرة المقاسة في عام 2010. تُظهر عينات الهواء من تاكولنيستون إزاحة إيجابية في نسب خلط الهيدروكربون المشبع بالفلور مقارنة بخط الأساس في نصف الكرة الجنوبي. تظهر أعلى نسب الخلط والتباين في عينات الهواء من تايوان، والتي من المحتمل أن تكون أقرب بكثير إلى مصادر الهيدروكربون المشبع بالفلور، مما يؤكد في الغالب انبعاثات نصف الكرة الشمالي لمعظم مركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور. على الرغم من أن مركبات الكربون المشبعة بالفلور هذه تحدث في الغلاف الجوي بمستويات أجزاء لكل تريليون مول أو أقل، فإن إجمالي انبعاثاتها العالمية التراكمية يترجم إلى 833 مليون طن متري من مكافئ ثاني أكسيد الكربون بحلول نهاية عام 2017، 23 ٪ منها انبعثت منذ عام 2010. يُعزى ما يقرب من ثلثي انبعاثات مكافئ ثاني أكسيد الكربون خلال العقد الماضي إلى c - C4F8، والتي تتمتع حاليًا أيضًا بأعلى معدلات الانبعاثات التي تستمر في النمو. لا تزال مصادر جميع مركبات الكربون المشبعة بالفلور التي يغطيها هذا العمل مقيدة بشكل سيئ ولا تمثل الانبعاثات المبلغ عنها في قواعد البيانات العالمية الوفرة الموجودة في الغلاف الجوي.Translated Description (French)
Résumé. Les perfluorocarbones (PFC) sont des gaz à effet de serre puissants avec des potentiels de réchauffement planétaire jusqu'à plusieurs milliers de fois supérieurs à ceux du CO2 sur un horizon de 100 ans. L'absence de puits significatifs pour les PFC signifie qu'ils ont une longue durée de vie atmosphérique de l'ordre de milliers d'années. On pense que la production anthropique est la seule source de la plupart des PFC. Nous présentons ici une mise à jour sur les abondances atmosphériques mondiales des PFC suivants, dont la plupart ont été pour la première fois séparés analytiquement en fonction de leurs isomères : c-octafluorobutane (c-C4F8), n-décafluorobutane (n-C4F10), n-dodécafluoropentane (n-C5F12), n-tétradécafluorohexane (n-C6F14) et n-hexadécafluoroheptane (n-C7F16). De plus, nous rapportons le premier ensemble de données sur les rapports de mélange atmosphérique du perfluoro-2-méthylpentane (i-C6F14). L'existence et l'importance des isomères de PFC n'ont pas été rapportées auparavant, en raison des défis analytiques liés à leur séparation. La série chronologique couvre une période allant de 1978 à aujourd'hui. Plusieurs ensembles de données sont utilisés pour étudier les tendances temporelles et spatiales de ces PFC : des séries chronologiques d'échantillons d'air prélevés à Cape Grim, en Australie, de 1978 au début de 2018 ; une série chronologique d'échantillons d'air prélevés entre juillet 2015 et avril 2017 à Tacolneston, au Royaume-Uni ; et des collectes d'échantillons intensives basées sur des campagnes à Taiwan. Bien que les séries chronologiques éloignées du « fond » de l'hémisphère sud du Cap Grim indiquent que les taux de croissance récents de la plupart de ces PFC sont inférieurs à ceux des années 1990, nous continuons de voir des ratios de mélange en augmentation significative qui sont entre 6 % et 27 % plus élevés à la fin de 2017 par rapport aux abondances mesurées en 2010. Les échantillons d'air de Tacolneston montrent un décalage positif des rapports de mélange des PFC par rapport à la ligne de base de l'hémisphère Sud. Les rapports de mélange et la variabilité les plus élevés sont observés dans les échantillons d'air de Taïwan, qui est donc probablement situé beaucoup plus près des sources de PFC, confirmant principalement les émissions de l'hémisphère Nord pour la plupart des PFC. Même si ces PFC se produisent dans l'atmosphère à des niveaux de parties par billion molaire ou moins, leurs émissions mondiales cumulées totales se traduisent par 833 millions de tonnes métriques d'équivalent CO2 à la fin de 2017, dont 23 % ont été émises depuis 2010. Près des deux tiers des émissions d'équivalent CO2 au cours de la dernière décennie sont attribuables au c-C4F8, qui a actuellement également les taux d'émission les plus élevés qui continuent de croître. Les sources de tous les PFC couverts dans ce travail restent peu limitées et les émissions déclarées dans les bases de données mondiales ne tiennent pas compte des abondances trouvées dans l'atmosphère.Translated Description (Spanish)
Resumen. Los perfluorocarbonos (PFC) son potentes gases de efecto invernadero con potenciales de calentamiento global hasta varios miles de veces mayores que el CO2 en un horizonte temporal de 100 años. La falta de sumideros significativos para los PFC significa que tienen una larga vida atmosférica del orden de miles de años. Se cree que la producción antropogénica es la única fuente para la mayoría de los PFC. Aquí informamos una actualización sobre las abundancias atmosféricas globales de los siguientes PFC, la mayoría de los cuales se han separado analíticamente por primera vez según sus isómeros: c-octafluorobutano (c-C4F8), n-decafluorobutano (n-C4F10), n-dodecafluoropentano (n-C5F12), n-tetradecafluorohexano (n-C6F14) y n-hexadecafluoroheptano (n-C7F16). Además, informamos el primer conjunto de datos sobre las proporciones de mezcla atmosférica de perfluoro-2-metilpentano (i-C6F14). La existencia y la importancia de los isómeros de PFC no se han informado antes, debido a los desafíos analíticos de separarlos. La serie temporal abarca un periodo desde 1978 hasta la actualidad. Se utilizan varios conjuntos de datos para investigar las tendencias temporales y espaciales de estos PFC: series temporales de muestras de aire recolectadas en Cape Grim, Australia, desde 1978 hasta principios de 2018; una serie temporal de muestras de aire recolectadas entre julio de 2015 y abril de 2017 en Tacolneston, Reino Unido; y colecciones de muestreo intensivas basadas en campañas de Taiwán. Aunque la serie temporal remota del Hemisferio Sur de Cape Grim indica que las tasas de crecimiento recientes de la mayoría de estos PFC son más bajas que en la década de 1990, seguimos viendo un aumento significativo de las proporciones de mezcla que son entre un 6 % y un 27 % más altas a finales de 2017 en comparación con las abundancias medidas en 2010. Las muestras de aire de Tacolneston muestran una compensación positiva en las proporciones de mezcla de PFC en comparación con la línea de base del hemisferio sur. Las mayores proporciones de mezcla y variabilidad se observan en las muestras de aire de Taiwán, que por lo tanto probablemente se encuentra mucho más cerca de las fuentes de PFC, lo que confirma predominantemente las emisiones del hemisferio norte para la mayoría de los PFC. A pesar de que estos PFC se producen en la atmósfera a niveles de partes por billón molar o menos, sus emisiones globales acumuladas totales se traducen en 833 millones de toneladas métricas de CO2 equivalente a finales de 2017, el 23 % de las cuales se han emitido desde 2010. Casi dos tercios de las emisiones equivalentes de CO2 en la última década son atribuibles a c-C4F8, que actualmente también tiene las tasas de emisión más altas que continúan creciendo. Las fuentes de todos los PFC cubiertos en este trabajo siguen estando poco limitadas y las emisiones informadas en las bases de datos globales no tienen en cuenta las abundancias encontradas en la atmósfera.Files
acp-20-4787-2020.pdf.pdf
Files
(4.3 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:a2d814ffc4c7895face5352108a3a955
|
4.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- اتجاهات وانبعاثات ستة مركبات كربونية مشبعة بالفلور في نصف الكرة الشمالي ونصف الكرة الجنوبي
- Translated title (French)
- Tendances et émissions de six perfluorocarbones dans l'hémisphère Nord et l'hémisphère Sud
- Translated title (Spanish)
- Tendencias y emisiones de seis perfluorocarbonos en el Hemisferio Norte y Hemisferio Sur
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3019172037
- DOI
- 10.5194/acp-20-4787-2020
References
- https://openalex.org/W1601914933
- https://openalex.org/W1628783087
- https://openalex.org/W1972073621
- https://openalex.org/W1983918026
- https://openalex.org/W1988468769
- https://openalex.org/W1991308688
- https://openalex.org/W1997065014
- https://openalex.org/W2005110162
- https://openalex.org/W2027662475
- https://openalex.org/W2036302056
- https://openalex.org/W2050531396
- https://openalex.org/W2050552505
- https://openalex.org/W2062716149
- https://openalex.org/W2070854011
- https://openalex.org/W2073945747
- https://openalex.org/W2083796832
- https://openalex.org/W2088528757
- https://openalex.org/W2092706756
- https://openalex.org/W2101886054
- https://openalex.org/W2116020803
- https://openalex.org/W2136153028
- https://openalex.org/W2143584164
- https://openalex.org/W2153406454
- https://openalex.org/W2165253885
- https://openalex.org/W2195125707
- https://openalex.org/W2414703606
- https://openalex.org/W2485427486
- https://openalex.org/W2587397790
- https://openalex.org/W2600908681
- https://openalex.org/W2605473177
- https://openalex.org/W2607484285
- https://openalex.org/W2621196104
- https://openalex.org/W2754637981
- https://openalex.org/W2766082071
- https://openalex.org/W2767979507