Nanotechnologiczne katalizatory ograniczą zanieczyszczenia z elektrowni węglowych
Wzrost stężenia tlenków azotu, dwutlenku węgla oraz tak zwanych pyłów zawieszonych jest istotnym problem postępującej degradacji środowiska w wyniku przemysłowej aktywności współczesnej cywilizacji. Zespół naukowców z Uniwersytetu Śląskiego pracuje nad katalizatorami opartymi o nanotechnologię, dzięki którym możliwa będzie redukcja uwalniania się tych niebezpiecznych związków.
Zanieczyszczenie powietrza jest szczególnie uciążliwe dla osób z chorobami układu oddechowego, alergików, a także kobiet w ciąży, dzieci oraz osób starszych. Przyczynia się do wzrostu liczby chorujących na chroniczny kaszel, przewlekłe zapalenia oskrzeli, niewydolność płuc czy astmę i inne schorzenia związane z dysfunkcją układu oddechowego. Negatywnie wpływa także na działanie układu krążenia. Innym wciąż badanym efektem wzrostu stężenia tlenków węgla i azotu jest efekt cieplarniany.
Za największą emisję zanieczyszczeń tlenkami azotu (NOx) w 2014 roku odpowiedzialny był transport drogowy, na drugim miejscu znalazły się natomiast procesy spalania w sektorze produkcji i transformacji energii, za co odpowiedzialne są takie gałęzie przemysłu, jak: energetyka czy ciepłownictwo, a także fabryki kwasu azotowego i nawozów sztucznych oraz zakłady stosujące ten kwas w syntezie organicznej.
Osoby zarządzające elektrowniami węglowymi czy fabrykami odpowiedzialnymi za emisję tych związków muszą poszukiwać coraz bardziej efektywnych metod ich usuwania z gazów odlotowych. Jest to również wyzwanie dla naukowców szukających nowych, skutecznych rozwiązań, które mogą być już wkrótce stosowane przede wszystkim w przemyśle energetycznym i ciepłowniczym.
Do tej grupy należy również zespół prof. zw. dr. hab. inż. Jarosława Polańskiego z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego, opracowujący oparte na uzyskiwanych nanotechnologicznie materiałach katalizatory deNOx oraz metodę ich regeneracji. Stosowane w instalacjach energetycznych spalarni odpadów czy elektrociepłowni rozwiązania te wykorzystywane są w procesach usuwania tlenków azotu z gazów odlotowych będących ubocznym skutkiem produkcji energii elektrycznej lub cieplnej.
– Około pięć lat temu w Zakładzie Chemii Organicznej UŚ prowadzone były badania właściwości i potencjalnych zastosowań nanosrebra. Pomyślałem wówczas, że warto rozszerzyć zakres analiz, dlatego zajęliśmy się w zespole opisywaniem właściwości nanometali, takich jak nanozłoto czy nanopallad oraz ich połączenia. Interesowały nas również nowoczesne zastosowania takich materiałów, niedługo później rozpoczęliśmy więc badania nad wykorzystaniem ich do tworzenia nanokatalizatorów – wyjaśnia prof. Jarosław Polański.
Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego przygotowywali katalizatory w postaci nanokrzemionki pokrytej nanozłotem, a następnie stosowali je w reakcjach utleniania takich modelowych związków, jak cykloheksan. Zajęli się także krakingiem amoniaku, czyli procesem, w którym z zanieczyszczonego amoniaku, stanowiącego odpad poprodukcyjny, otrzymuje się czysty wodór gotowy do zastosowania np. w nowoczesnych technologiach wykorzystywanych do konstrukcji ogniw paliwowych.
Ten etap przybliżył zespół do rozpoczęcia prac nad tworzeniem katalizatorów procesu deNOx stosowanych w metodach usuwania tlenków azotu NOx z przemysłowych gazów odlotowych. Potencjalne wprowadzenie na rynek innowacyjnych rozwiązań wymaga jednak oszacowania ekonomicznego potencjału nowych technologii. Ważna jest nie tylko skuteczność rozwiązań, lecz również możliwość racjonalnego pod względem ekonomicznym zastosowania oraz ich trwałość. Katalizatory powinny być wykonane z materiałów odpornych na działanie toksycznych związków, które obecne są w gazach spalinowych i nie powinny ulegać zużyciu przez wiele lat.
Jednym z osiągnięć naukowców z Uniwersytetu Śląskiego jest niskotemperaturowy katalizator deNOx nowej generacji, który może być stosowany w elektrowniach węglowych. Nie jest możliwe całkowite zredukowanie emisji zanieczyszczeń w trakcie procesu technologicznego lub spalania paliw, dlatego kolejnym procesom oczyszczania poddawane są gazy odlotowe przechodzące przez specjalne węzły w takich elektrowniach.
Zaproponowane przez naukowców rozwiązania są szczególnie istotne w krajach takich, jak Polska, w których nadal stosuje się głównie technologie węglowe przyczyniające się w znacznej mierze do zanieczyszczania powietrza.
– Jeśli wprowadzenie kolejnego węzła służącego odazotowaniu okaże się ekonomicznie uzasadnione, rozpoczniemy kolejny etap badań polegający na znalezieniu odpowiedniego nośnika dla naszego katalizatora – mówi naukowiec.
Stosowane mogą być ceramiczne konstrukcje przypominające strukturę plastra miodu bądź tzw. spienione ceramiki stanowiące podłoże dla otrzymanego katalizatora, przez które następnie będzie można przepuszczać gazy odlotowe i tym samym oczyszczać je z toksycznych tlenków azotu.
Pełna wersja artykułu pt. „Nowe katalizatory dla reakcji usuwania tlenków azotu z gazów spalinowych” znajduje się na stronie: www.us.edu.pl.
