Efekt cieplarniany kiedyś zapewnił powstanie życia na Ziemi – bez niego byłaby ona lodową kulą o średniej temperaturze powierzchni -19 st. C. Obecność w atmosferze gazów cieplarnianych – pary wodnej, dwutlenku węgla (CO2), metanu (CH4), podtlenku azotu (N2O) – spowodowała, że średnia temperatura powierzchni Ziemi wynosi ok. 15 st. C. O ile stężenie pary wodnej w atmosferze się nie zmieniło, o tyle stężenie dwutlenku węgla, metanu i podtlenku azotu od rozpoczęcia ery przemysłowej wciąż rośnie. Systematyczny wzrost emisji tych gazów spowodował powstanie negatywnego efektu zwanego globalnym ociepleniem, które bardzo przyśpieszyło w XXI wieku, co już powoduje poważne zmiany w środowisku. Jednym z gazów istotnie wpływających na temperaturę na Ziemi jest podtlenek azotu.
Podtlenek azotu ma dwojaką naturę. Z jednej strony jest gazem anestetycznym stosowanym w medycynie, z drugiej gazem cieplarnianym i niszczącym warstwę ozonową w stratosferze, co czyni go groźniejszym od dwutlenku węgla i metanu. Podtlenek azotu wyróżnia długi czas obecności w atmosferze, nawet do 150 lat, a jego wpływ na efekt cieplarniany jest 298 razy większy od wpływu dwutlenku węgla.
Głównym źródłem N2O w przemyśle są instalacje kwasu azotowego, gdzie powstaje jako produkt uboczny w procesie katalitycznego utleniania amoniaku. Przy rocznej produkcji kwasu azotowego ponad 60 mln ton powstaje ok. 500 tys. ton N2O. Efekty są takie jak przy emisji 150 mln ton dwutlenku węgla.
W Łukasiewicz – Instytucie Nowych Syntez Chemicznych (Łukasiewicz – INS) w 2004 r. rozpoczęto prace nad ograniczeniem emisji N2O z instalacji kwasu azotowego, których celem było opracowanie katalizatora do rozkładu podtlenku azotu u źródła, w reaktorze utleniania amoniaku. W wyniku intensywnych badań w skali laboratoryjnej, pilotażowej i przemysłowej opracowano katalizator, który został z sukcesem zastosowany w 2008 r. w instalacji kwasu azotowego Grupy Orlen Anwil S.A. To wdrożenie zostało w 2009 r. uhonorowane Nagrodą Ministra Środowiska za szczególne osiągnięcia naukowo-badawcze.
Obecnie katalizator opracowany w Łukasiewicz – INS jest z sukcesem stosowany w 31 reaktorach utleniania amoniaku, w czterech instalacjach kwasu azotowego, instalacji azotynu amonu i kaprolaktamu – w Polsce (m.in. w Grupie Azoty) oraz w pięciu instalacjach kwasu azotowego za granicą (w Europie i Ameryce Południowej). Od momentu jego zastosowania ograniczono emisję N2O o ok. 142 tys. ton, co odpowiadałoby ograniczeniu emisji CO2 o 42 mln ton. Wdrażany katalizator umożliwia redukcję emisji N2O o ponad 90 proc.
Redukcja emisji N2O przynosi także istotne skutki finansowe. Uprawnienia do emisji gazów cieplarnianych (w przeliczeniu na CO2) są istotnym kosztem wytwarzania kwasu azotowego i nawozów azotowych przez zakłady produkujące kwas azotowy, wpływają na konkurencyjność produktów zarówno na rynku krajowym, jak i globalnym. W 2021 r. ceny uprawnień do emisji CO2 wzrosły z ok. 20 do 68 euro/t (każdy wyemitowany 1 kg N2O to w przeliczeniu 298 kg CO2). Zakłady wdrażające katalizator Łukasiewicz – INS osiągają więc istotne oszczędności.
Naukowcy Łukasiewicz – INS nieustannie pracują nad dalszą redukcją emisji N2O. Został opracowany układ jego dwustopniowej redukcji, który umożliwi obniżenie emisji podtlenku azotu o ponad 99 proc. System ten jest obecnie na etapie wdrażania w skali przemysłowej, co będzie istotnym wkładem instytutu w realizację ustaleń konferencji klimatycznej w Paryżu w 2015 r.
foto: materiały prasowe