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.
Reklama
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