Väävelheksafluoriid (SF6): omadused, kasutus ja keskkonnamõju

Väävelheksafluoriid (SF6): omadused, kasutus elektritööstuses ja tõsine kasvuhoonemõju — lekked, regulatsioonid ja alternatiivid. Lugege riske ja lahendusi.

Väävelheksafluoriid, tuntud ka kui väävel(VI)fluoriid, on keemiline ühend. Selle keemiline valem on SF₆ . See sisaldab väävlit oksüdatsiooniastmes +6. See sisaldab ka fluoriidioone.

BBC News ütleb: "See on kõige võimsam inimkonnale teadaolev kasvuhoonegaas, mille heitkogused on viimastel aastatel kiiresti kasvanud. Väävelheksafluoriidi ehk SF6 kasutatakse laialdaselt elektritööstuses, et vältida lühiseid ja õnnetusi. Selle vähetuntud gaasi lekked Ühendkuningriigis ja mujal ELis 2017. aastal olid samaväärsed kui 1,3 miljoni täiendava auto kasutuselevõtt maanteedel".

Omadused

Füüsikalised omadused: SF₆ on värvitu, lõhnatu, mittesüttiv gaas, mille tihedus on õhust oluliselt suurem. See on väga hea isolaator ja talitlusjõud alusena kõrgepingeseadmete eraldamisel ning lühiste vältimisel.

Keemilised omadused: SF₆ on keemiliselt väga stabiilne ja inertne toatemperatuuril, mis teeb selle praktiliseks paljudes tehnilistes rakendustes. Kõrgete temperatuuride või elektrikaare mõjul võib see siiski lõhustuda ja moodustada mürgiseid või söövitavaid laguprodukte (näiteks erinevad väävli‑ ja fluoriühendid).

Kasutusalad

• Elektri‑ ja energiatööstus: peamine kasutusala on kõrgepingelistes lülitites ja gaasisüsteemsetes seadmetes (GIS — gas-insulated switchgear), kus SF₆ tagab kõrge dielektrilise tugevuse ja tööohutuse.
• Pooljuhtide ja elektroonika tööstus: kasutatakse plasmaetsituses ja protsessgaasina, kuna SF₆ võimaldab kontrollitud materjali eemaldamist.
• Metallitööstus: kasutatakse näiteks magneesiumivalu protsessides, kus see takistab tuleohtlikke reaktsioone.
• Meditsiin: väiksemas koguses kasutatakse SF₆ silmaarstnikus (näiteks võrkkestaoperatsioonide ajal gaasitampoonina).
• Uuringud ja trakerite kasutus: gaasi jälgimiseks atmosfääris (tracer gas) ja teadusuuringutes.

Keskkonnamõju

Väävelheksafluoriid on väga tugeva kasvuhooneefektiga gaas. Selle 100-aastane globaalne soojenemispotentsiaal (GWP) on hinnanguliselt ligikaudu 23 500 (erinevad hindamised annavad sarnase suurusjärkude väärtuse). See tähendab, et ühe kilogrammi SF₆ heitmine atmosfääri vastab umbes 23 500 kilogrammi CO₂ heitmele samal ajaperioodil.

SF₆ atmosfääriline eluea on väga pikk (tuhanded aastad), mistõttu ühekordne heide püsib väga kaua ja koguneb atmosfääri. Seetõttu on isegi väikesed lekked ja kogused keskkonnale hästi märkimisväärsed.

BBC näide (ülalkirjeldatud) toob hästi esile selle gaasi mõju ja lekkete olulisuse: väikesed, kuid levinud lekked tööstuses võivad kokku kujuneda suureks heitkoguseks.

Ohutus ja tervisemõjud

• SF₆ ise on madalatoimeline toksikoloogiliselt ja inertne, kuid kõrgetes kontsentratsioonides võib see tekitada lämbumise ohtu, sest gaas asendab hapnikku siseruumides või suletud mahutites.
• Elektrikaare või kõrge temperatuuri korral lagunedes moodustuvad mürgised ja söövitavad ühendid — töötajatel tuleb vältida kokkupuudet nende laguproduktidega ning kasutada sobivaid ohutusmeetmeid, maski ja ventilatsiooni.
• SF₆ käitlemisel ja remonttöödel tuleb kasutada lekkekindlaid ühendusi, spetsiaalseid taaskogumise seadmeid ja koolitatud personali.

Regulatsioonid ja vähendamise meetmed

Paljud riigid ja reguleerivad asutused on hakanud piirama SF₆ kasutamist või kehtestama rangemaid nõudeid selle käitlemiseks, aruandluseks ja taastamiseks. Tööstusettevõtted on kohustatud vähendama lekkimisi, kasutama lekkekontrolli‑programme ja tagama gaasi nõuetekohase taastamise seadmete hoolduse ja ringlussevõtu käigus.

Alternatiivid ja tehnilised lahendused

SF₆ alternatiivid arenevad kiiresti. Mõned lahendused on:

• SF₆-vaba tehnikaga lülitid (näiteks vaakuminterruptrid ja muud isolatsioonitehnoloogiad).
• Madala GWP-ga gaaside baasil segud (näiteks uusi fluorosünteetilisi segusid või CO₂-baasilised lahendused, mis olenevad rakendusest ja pingetasemest).
• Seadmete disain ja haldus — paremad lekkekontrollid, ennetav hooldus, gaasi taaskasutus ja hävitustehnoloogiad (nt termiline või katalüütiline purustamine sobivate süsteemidega).

Soovitused praktikas

• Elektri- ja tööstusettevõtetel tuleks alustada inventuurist: kus ja mis kogustes SF₆ kasutatakse.
• Rakendada lekkekontrolli, regulaarset hooldust ja koolitust teenindavale personalile.
• Kas kasutada alternatiive või vähendada SF₆ kasutust seal, kus see tehniliselt ja majanduslikult võimalik on.
• Tagada lõppkliendi tasemel gaasi nõuetekohane kogumine ja töötlemine, vältimaks otseseid heitmeid atmosfääri.

Kokkuvõtlikult on SF₆ väärtuslik tehniline aine tänu oma suurepärastele isoleerivatele omadustele, kuid selle tugev kasvuhooneefekt ja pikk püsimisaeg atmosfääris nõuavad ranget käitlemist, lekkekontrolli ja laialdasemat üleminekut ohutumatele või madalama GWP-ga lahendustele, kus võimalik.

Kasutab

Seda kasutatakse elektroonikas ja mitmesugustes elektriseadmetes. Seda võib kasutada kehas, kuna see ei ole mürgine. Seda saab kasutada katsegaasina, et vaadata, kus gaasi voolab näiteks kütteseadmes. See on kergesti tuvastatav. Seda kasutatakse mõnes torpeedos. Liitium on üks ainsatest asjadest, mis reageerib väävelheksafluoriidiga. Väävelheksafluoriidi pihustatakse liitiumile. See muudab liitiumi väga kuumaks. See tekitab veest auru ja tulistab torpeedo. Seda saab sisse hingata, et häält süvendada. See on vastupidine heeliumgaasi sissehingamisele.

Elektrikilbid, milles kasutatakse SF6 . Selliseid jaotuskilde kasutatakse elektrialajaamades

Kasvuhoonegaas

Valitsustevahelise kliimamuutuste rühma andmetel on SF
₆ on kõige tugevam kasvuhoonegaas, mida komisjon on hinnanud, kuna tema globaalse soojenemise potentsiaal (GWP) on 22 800 korda suurem kui CO
₂, kui võrrelda seda 100 aasta jooksul. SF₆ mõõtmised näitavad, et selle ülemaailmne keskmine segunemissuhe on suurenenud umbes 0,2 ppt võrra aastas, ulatudes üle 7 ppt. Väävelheksafluoriid on samuti äärmiselt pikaealine. See on troposfääris ja stratosfääris inertne. Selle hinnanguline eluiga atmosfääris on 800-3200 aastat. SF
₆ on väga stabiilne. (ÜRO kliimamuutuste raamkonventsioonile oma heitkogustest aru andvate riikide puhul on SF-i GWP 23,900.
₆ väärtuseks soovitati kolmandal osaliste konverentsil: Kyoto protokollis kasutatud GWP). Keskmine ülemaailmne SF₆ kontsentratsioon kasvas 1980ndatel ja 1990ndatel aastatel umbes seitse protsenti aastas, peamiselt tänu selle kasutamisele magneesiumitööstuses, elektri- ja elektroonikaseadmete tootmisel. Võttes arvesse SF₆ väikeseid koguseid võrreldes süsinikdioksiidiga, on selle üldine panus globaalsesse soojenemisse hinnanguliselt alla 0,2 protsendi. ^[]

Euroopas on SF
₆ kuulub F-gaaside direktiivi alla, mis keelab või kontrollib selle kasutamist mitmel viisil. Alates 1. jaanuarist 2006 on SF
₆ keelatakse kasutamine märgistusgaasina ja kõikides rakendustes, välja arvatud kõrgepingejaotusseadmetes.

Mauna Loa väävelheksafluoriidi aegread.

Otsing