A koronavírus járvány ellenére kiugróan megnőtt az ipari termelés nitrogénigénye az utóbbi egy év folyamán. Miért olyan fontos a nitrogén az iparban, milyen ágazatokban játszik kulcsszerepet, és mi állhat a fogyasztás hirtelen meglódulása mögött? Cikkünkben hazánk egyik legnagyobb ipari gázgyártója, a Messer Hungarogáz Kft. szakértői adnak választ ezekre a kérdésekre.
A nitrogén elemi állapotban színtelen, szagtalan, kevéssé reakcióképes kétatomos gáz. Más gázokhoz képest viszonylag kevés figyelmet kap, sokkal több szó esik például az éltető oxigénről, amely a koronavírus-járvány során a súlyos betegek kezelésében is kiemelkedő szerepet játszik. De a szén-dioxidra is jóval több figyelem irányul, például a globális felmelegedés vagy számos termék kapcsán, a szénsavas üdítőktől a sörök, borok előállításáig, amelyekhez szintén nélkülözhetetlen.
Pedig a nitrogén jelentősége cseppet sem kisebb az említett gázokénál, sőt, minden lélegzetvételnél találkozunk vele, hiszen a levegő 78%-át teszi ki.
Cikkünkben áttekintjük:
- a nitrogén szerepét a természetben, az élővilágban és az emberi szervezet működése kapcsán
- kitérünk a nitrogén előállítására
- érintjük a nitrogén legfontosabb felhasználási területeit az iparban
- és megvizsgáljuk, mi állhat az egyre fokozódó nitrogén-felhasználás hátterében
A nitrogén előfordulása és jelentősége a természetben
Bár egy színtelen, szagtalan, semleges gáz, a nitrogén jelentősége mégis óriási. Elég, ha arra gondolunk, hogy minden egyes lélegzetvételkor találkozunk vele. Hiszen naprendszerünkben becslések szerint a 7. leggyakoribb elem, de a Föld légkörének is több mint háromnegyedét alkotja. A légkör 78%-át ugyanis nitrogén, 21%-át pedig oxigén teszi ki.
És bár az élethez az oxigén meglétét tartjuk nélkülözhetetlennek, ugyanez a helyzet a nitrogénnel is. Minden élő organizmusban előfordul, aminosavak, fehérjék, nukleinsavak építőeleme, emellett az anyagcsere sem létezne nélküle. Sőt, még az RNS és a DNS sem. Az emberi test egyébként mintegy 3 tömegszázalék nitrogént tartalmaz. Ezzel a nitrogén - az oxigén, a szén és a hidrogén után - a negyedik leggyakoribb elem az emberi szervezetben.
A nitrogén előállítása
A nyersanyagot a levegő jelenti, amelyből levegőszétválasztó üzemekben nyerik ki a nitrogént frakcionált desztillációval. Az eljárás alapja, hogy a légkört alkotó gázok forráspontja eltér, így különböző hőmérsékleten válnak cseppfolyóssá, illetve cseppfolyós állapotból újra illékonnyá: ez a nitrogén esetében -196 Celsius fok.
Fotó: Messer és Freepik
A nitrogén szerepe és felhasználása az iparban
Kevesen tudják, de a nitrogén szerepe annyira meghatározó az iparban, hogy kijelenthetjük: e nélkül a gáz nélkül nincs ipari termelés. Ugyanis ez a legnagyobb mennyiségben rendelkezésre álló, egyben a legnagyobb mennyiségben felhasznált védőgáz és hűtőközeg többek között az autóiparban, az elektronikában, a vegyiparban, a gyógyszeriparban és az élelmiszeriparban is.
Az alábbiakban sorra vesszük a nitrogén ipari felhasználásának legfontosabb területeit.
A nitrogén mint védőgáz
A nitrogén egyik jellemzője, hogy gyenge a reakciókészsége, azaz közönséges körülmények között nem lép kémiai reakcióba más anyagokkal, így az oxigénnel sem. Ebből következik, hogy ideális védőgáz, mivel hatékonyan alkalmazható az oxidáció elleni védelemhez, vagyis az inertizáláshoz.
Ennek egyik példáját az élelmiszeriparban láthatjuk, hiszen minden szeletelt, darabolt húsáru, felvágott, sajt stb. védőgázas csomagolásban van, és a védőatmoszféra egyik alapgáza a nitrogén (a szén-dioxid mellett).
De nem csak az élelmiszeripar használja védőgázként ezt a gázt:
- az elektronikában, pl. nyomtatott áramkörök gyártásához,
- a vegyiparban a tűz- és robbanásveszély elkerülésére,
- a gumiabroncs-gyártásban a vulkanizálás során,
- de még a lézervágáshoz segédgázként is a nitrogént használják.
Fotó:Messer és Freepik
Hűtés, fagyasztás, kriogén eljárások
A cseppfolyós nitrogén -196 Celsius fokos hőmérsékletének köszönhetően kiválóan alkalmas az extrém alacsony hőmérséklet biztosítására. Ez az úgynevezett kriogén környezet ideális például az élelmiszerek fagyasztásához. Ugyanis a víz fagyáspontjához jóval közelebbi tartományban történő fagyasztásnál az élelmiszerekben a víz nagyméretű kristályok formájában fagy meg. Ezzel szemben kriogén körülmények között a sejtek víztartalma mikrokristályok formájában szilárdul meg, így ezek nem roncsolják a sejtek szerkezetét. Az élelmiszer így a fagyasztás, illetve a felolvasztás után sokkal kevésbé károsodik, jobban megőrzi illatát, ízét, állagát.
A nitrogént azonban nem csak az élelmiszeriparban használják hűtésre. Az építőiparban is fontos szerepet tölt be a beton hűtésénél vagy a mélyépítésben az instabil talajrétegek fagyasztással történő stabilizálásakor.
A nitrogén szerepe a gyógyításban
A cseppfolyós nitrogén extrém alacsony hőmérséklete az orvoslásban is új lehetőségeket teremtett. A kriogén sebészetben a kóros elváltozásokat, tumoros szöveteket ezzel az eljárással is lehet célzottan, nagy pontossággal roncsolni - anélkül, hogy a környező, egészséges sejteket veszélyeztetnék.
De az eljárás regeneráló hatása is felhasználható a krioterápia során. Például amikor úgynevezett krioszaunában, mínusz 150-160 Celsius fokos hőmérsékletnek teszik ki az emberi testet néhány percig. A terápiának gyulladás- és fájdalomcsökkentő tulajdonsága van, és az érrendszerre is kedvező hatást fejt ki. Emellett az ízületi sérülések gyógyítására is alkalmazzák. Ebből következően a sportolók körében is igen népszerű.
De a kriogén eljárás biztosítja biológiai minták, például a lombikbébi programban résztvevők ivarsejtjeink biztonságos tárolását is a beavatkozásig. A gyors és kíméletes fagyasztásnak köszönhetően a sejtek akár 200 évig is tartósíthatók, miközben az élő sejtek aránya felhasználáskor eléri a 90%-ot. (Más kérdés, hogy egyébként a jogszabályok csak 10 évig tartó megőrzést engedélyeznek.)
Folyamatosan növekvő nitrogénfogyasztás - mi áll a háttérben?
A koronavírus-járvány első hulláma alatt számos, nitrogént felhasználó iparág is jelentős visszaesést könyvelhetett el. Az elmúlt évben azonban radikálisan megfordult ez a trend, és 50%-kal nőtt a hazai nagyipari nitrogénfelhasználók fogyasztása - erről árulkodnak az egyik legnagyobb hazai ipari gázgyártó, a Messer Hungarogáz Kft. statisztikái. De mi okozhatta ezt a radikális növekedést?
A Messer Hungarogáz Kft. a hazai on-site ágazatban is piacvezető
Ahhoz, hogy a kérdésre választ adjunk, először tekintsük át nagy vonalakban a Messer hazai tevékenységének fontosabb területeit, illetve azokat a mérföldkőnek is nevezhető beruházásokat, amelyeket a vállalat partnerei, illetve a Messer az elmúlt időszakban végrehajtottak.
Fotó:Messer és Freepik
A Messer adatai szerint a cseppfolyós nitrogén forgalma 22%-kal nőtt az utóbbi egy év folyamán, de nem csak ilyen formában juttatják el a gázt a nagyfogyasztókhoz. Az ipari gázgyártó vállalat jelenleg 10 nagyipari felhasználónál működtet úgynevezett on-site nitrogénüzemeket (autóelektronikai gyártók, gyógyszeripari gyártók, petrolkémiai nagyvállalatok, síküveggyár, szénszálgyártó, dízel-részecskeszűrő gyártó, gumiabroncs-gyártás, gépkocsi-alkatrészgyártás). Ezzel a Messer Hungarogáz Kft. az on-site üzemek építése és üzemeltetése terén piacvezetőnek számít. Ráadásul az on-site ágazatban 50%-ot meghaladó növekedést tapasztaltak a nitrogénforgalmazás terén.
A Messer egyik hazai partnere, a japán tulajdonú Zoltek Zrt. például Nyergesújfalun hozta létre Európa egyik legnagyobb szénszálgyártó központját, ahol a Messer Hungarogáz Kft. harmadik on-site nitrogénüzeme kezdte meg működését.
A MOL-csoport 1,2 milliárd euróból megvalósuló új poliol üzemében szintén jelentős szerep jut a nitrogénnek. Az óriásberuházás keretében a Messer Hungarogáz Kft. nitrogén- és sűrítettlevegő-üzemet telepít és üzemeltet.
A nitrogénfogyasztás meglódulásának lehetséges okai
A jelenség hátterében - első látásra talán ellentmondásosnak tűnik, de - a COVID-járvány áll. Pontosabban az a tendencia, hogy a járványhelyzetben kiesett termelést óriási ütemben igyekszik kompenzálni a gazdaság. A mostanra lassan helyreálló globális beszállítói láncok szerencsére lehetővé teszik ezt a volumenű növekedést.
A nitrogénfogyasztás viszonylag gyors felfutása mögött elsősorban a petrolkémia és az autóipar, azon belül is az autóelektronika, valamint az e-mobilitáshoz kapcsolódó gyártási folyamatok megnövekedett igényei állnak
- fejtette ki Bohner Zsolt, a Messer Hungarogáz Kft. ügyvezető igazgatója. A szakma ugyanakkor lehetségesnek tartja, hogy a globális alapanyag-beszállítói láncban jelentkező fennakadások elkerülése érdekében a termelési kapacitásokat a jövőben részben vagy egészben visszatelepítik Európába. Ennek pedig a közép-európai térség, ezen belül Magyarország kiemelten is nyertese lehet.
