Productie en afbraak van ozon
Ozon (chemische formule O3) wordt in de atmosfeer geproduceerd uit chemische reacties tussen zuurstof (O2) en zonlicht. Het meeste ozon in de atmosfeer bevindt zich tussen 15 en 30 km hoogte, in de ozonlaag. Ozon wordt voortdurend afgebroken door natuurlijke chemische reacties onder invloed van zonlicht (Figuur 1), stikstofoxiden, waterdamp en chloor- en broomverbindingen. De ozonlaag is sinds de jaren tachtig van de vorige eeuw dunner geworden doordat grote hoeveelheden CFK’s (chloorfluorkoolstofverbindingen) en broomverbindingen (halonen) door de mens zijn geproduceerd en vrijkomen in de atmosfeer. De CFK’s zijn sinds de jaren 50 van de vorige eeuw in grote hoeveelheden gebruikt: Als koelmiddel in koelkasten en airconditioners, als drijfgas in spuitbussen en isolatieschuim evenals oplosmiddel en als brandblusmiddel. Doordat CFK’s lang leven in de atmosfeer (50 tot 100 jaar) worden ze ook getransporteerd naar de hogere luchtlagen, boven 15 km in de atmosfeer. Daar worden de CFK’s (en ook halonen) afgebroken door intens zonlicht en komen chloor (en broom) atomen (hele kleine deeltjes) vrij. Deze atomen kunnen via katalytische reacties ozon afbreken. Dat zijn reacties waarbij de stof, de katalysator, niet verbruikt wordt maar de reactie wel versnelt. De extra chloor- en broomverbindingen versterken dus het natuurlijke proces van ozonafbraak, waardoor de ozonlaag sinds de jaren tachtig van de vorige eeuw dunner is geworden.
Figuur 1: Natuurlijke reacties voor de aanmaak en afbraak van ozon, de zogeheten Chapman cyclus.
Herstel van de ozonlaag
In 1987 is het Montreal protocol afgesloten waar alle landen van de wereld zich aan hebben verbonden. Door dit protocol is het gebruik van CFK’s en halonen geleidelijk aan gedaald en sinds 2010 wereldwijd verboden. Als gevolg hiervan dalen de concentraties van deze stoffen in de atmosfeer. De verwachting is dat dit zich zal voortzetten en de ozonlaag zich kan herstellen. Waarschijnlijk zal dit voor het gebied tussen de polen en de evenaar rond 2040 zijn, boven het Noordpoolgebied rond 2045 en boven het Zuidpoolgebied rond 2066. Dit herstel duurt lang doordat natuurlijke processen in de atmosfeer de CFK’s maar langzaam afbreken.
Versnellen herstel ozonlaag?
Het herstel zou versneld kunnen worden als CFK’s actief uit de lucht worden verwijderd. Dit is alleen in de praktijk niet haalbaar vanwege de hoge kosten. Ozon kunstmatig produceren, transporteren naar grote hoogte en daar loslaten is, afgezien van praktische problemen, niet zinvol omdat ozon continu in grote hoeveelheden wordt aangemaakt en afgebroken in de ozonlaag. De extra geïnjecteerde ozon zou de evenwichtsconcentratie in de ozonlaag enigszins kunnen verschuiven. Echter is de natuurlijke aanmaak en afbraak van ozon waarschijnlijk vele malen groter waardoor het effect van een ozoninjectie beperkt zal zijn. Om ozon in de ozonlaag te plaatsen moet het ook ter plekke worden geproduceerd uit zuurstof en hoge elektrische stroomsterkte, wat praktisch moeilijk zal zijn. Verder wordt de ozonlaag ook nog beïnvloed door een aantal broeikasgassen [1]. Een toename in methaan kan het herstel van de ozonlaag de komende tientallen jaren versnellen doordat het chlooratomen aan zich bindt die daardoor geen ozon kunnen afbreken. De keerzijde hiervan is dat methaan een sterk broeikasgas is dat weer extra bijdraagt aan klimaatverandering.
Geo-engineering voor tegengaan klimaatverandering
De laatste jaren wordt er steeds meer gesproken over het tegengaan van klimaatverandering door het opzettelijk en gericht ingrijpen in de natuurlijke klimaatprocessen met behulp van technische maatregelen. Dit wordt geo-engineering (klimaat modificatie in het Nederlands) genoemd en omvat, onder andere, het plaatsen van zwavelhoudende deeltjes in de stratosfeer (laag in de atmosfeer tussen 15 en 50 km hoogte waar de ozonlaag zich in bevindt) om zonlicht terug te kaatsen, zie ook [2]. Deze techniek kan, vooralsnog theoretisch, de temperatuur op aarde beïnvloeden. Echter heeft deze techniek waarschijnlijk ook negatieve effecten voor het milieu en voor de ozonlaag [3].