Podtlenek azotu (N2O) jest trzecim najważniejszym gazem cieplarnianym, po dwutlenku węgla i metanie, który przyczynił się do wzrostu średniej temperatury powierzchni Ziemi. Jest również gazem, który niszczy warstwę ozonową w stratosferze. W atmosferze utrzymuje się ok. 150 lat. Wyniki badań opublikowanych niedawno w "Nature" wskazują, że stężenie podtlenku azotu wzrosło o 20 proc. w porównaniu z poziomem sprzed epoki przemysłowej.

Choć jego emisje przyspieszyły w ostatnich dziesięcioleciach w wyniku różnych rodzajów działalności człowieka, to jednak główną przyczyną tego wzrostu jest rolnictwo, które w latach 2007-2016 odpowiadało za prawie 70 proc. emisji. W nadchodzących dziesięcioleciach naukowcy spodziewają się dalszego wzrostu emisji podtlenku azotu w wyniku rosnącego zapotrzebowania na żywność, paszę, włókna i energię oraz wzrostu ilości źródeł pochodzących z wytwarzania odpadów i procesów przemysłowych.

Łukasiewicz – Instytut Nowych Syntez Chemicznych w Puławach (dawniej Instytut Nawozów Sztucznych) od lat jest producentem katalizatorów do rozkładu tego gazu w zakładach przemysłu chemicznego, z instalacjami kwasu azotowego, w których produkowane są m.in. nawozy mineralne, ale też w innych technologiach, w których jest prowadzony proces katalitycznego utleniania amoniaku.

Opracowywane przez Polaków katalizatory są objęte ochroną patentową i otrzymywały nagrody na krajowych i międzynarodowych wystawach i targach. Katalizator do niskotemperaturowego procesu rozkładu podtlenku azotu został opracowany we współpracy naukowców z Łukasiewicz – INS i Uniwersytetu Jagiellońskiego. Autorskim pomysłem pracowników Instytutu jest zaś katalizator do wysokotemperaturowego rozkładu N2O.

"Dzięki katalizatorowi wysokotemperaturowemu redukujemy podtlenek azotu, który powstaje w procesie produkcji kwasu azotowego na składniki proste, czyli na azot i tlen. Tlen jest w dalszym ciągu wykorzystywany w procesie produkcyjnym, azot jest emitowany do atmosfery. Sam podtlenek azotu nie przechodzi do dalszej części instalacji kwasu azotowego, tylko jest niszczony u źródła. Gdyby nie był rozłożony zostałby wyemitowany z innymi gazami wylotowymi do atmosfery" - opisuje w rozmowie z PAP dr hab. inż. Marcin Wilk, kierownik Zakładu Technologii Kwasu Azotowego.

Katalizator jest umieszczany bezpośrednio pod tzw. siatkami katalitycznymi platynowo-rodowymi. Działa w temperaturze 750-940 st. C. W takiej temperaturze - tłumaczy dr Wilk - rozkład następuje w dość krótkim czasie, na poziomie 1/10 sekundy. "Według naszej technologii minimum 90 proc. podtlenku azotu powstającego w danej instalacji ulega rozkładowi" - zapewnia rozmówca PAP.

Technologię tę po raz pierwszy wykorzystano w 2008 roku. Do dziś wdrożono ją w 31 reaktorach. Praktycznie we wszystkich instalacjach Grupy Azoty w Polsce i podobnych instalacjach w Bułgarii, Chorwacji, Chile, Meksyku. Działała też we Francji, Kolumbii, Czechach, ale część z tych instalacji już została zamknięta.

"Jeżeli chodzi o przemysł chemiczny w Polsce przed rozpoczęciem stosowania katalizatorów emisja podtlenku azotu z instalacji kwasu azotowego utrzymywała się na poziomie 16 tys. ton rocznie, a teraz to poniżej 1,6 tys. ton. Ograniczenie emisji sięgnęło około 11 tys. ton N2O, co w przeliczeniu na CO2 jest równoważne ograniczeniu emisji o ok. 3,3 mln ton. W zagranicznych instalacjach to około 4,5 tys. ton N2O (1,3 mln ton CO2) rocznie. Jest to trend stabilny, a ta redukcja nawet rośnie" - opisuje dr Wilk.

Jak podkreśla, badacze wciąż pracują nad nowymi wersjami katalizatora, aby można go było zastosować w dowolnym typie instalacji kwasu azotowego, a z drugiej strony, aby zapewniał coraz wyższy stopień rozkładu podtlenku azotu. "Klienci w tej chwili wymagają redukcji emisji na poziomie minimum 90 proc. Wiąże się to z kosztem uprawnień do emisji gazów cieplarnianych. Te zakłady, które nie zredukują emisji, muszą takie uprawnienia kupić. To ewidentne przełożenie na zysk finansowy" - ocenia dr Wilk.

Jak wyjaśnia, emisja podtlenku azotu z instalacji do wytwarzania kwasu azotowego stanowi 0,2 proc. globalnej emisji. Może wydawać się, że to niewiele, ale źródło to pozwala na zdecydowane ograniczenie emisji N2O pochodzącego z przemysłu. W rolnictwie, które odpowiada za największą emisję tego gazu - trzeba zastosować inne technologie, głównie oszczędne używanie nawozów azotowych lub po prostu ograniczenie hodowli.

Sieć Badawcza Łukasiewicz, trzecia co do wielkości organizacja badawcza w Europie, oferuje polskim przedsiębiorcom innowacyjne rozwiązania i stanowi pomost między nauką i biznesem. Poprzez połączenie potencjału naukowo-badawczego 32 Instytutów w 12 miastach w Polsce przedsiębiorca otrzymuje kompleksową ofertę badawczo-rozwojową obejmującą propozycję badań naukowych i całego ciągu technologicznego. Oferuje biznesowi unikalny system „rzucania wyzwań”, dzięki któremu grupa 4 500 naukowców w nie więcej niż 15 dni roboczych przyjmuje wyzwanie biznesowe i proponuje przedsiębiorcy opracowanie skutecznego rozwiązania wdrożeniowego. Przedsiębiorca może zdecydować się na kontakt nie tylko przez formularz na TEJ stronie ale także w ponad 50 lokalizacjach: Instytutach Łukasiewicza i ich oddziałach w całej Polsce.

PAP - Nauka w Polsce

ekr/ zan/