Azot – Co to jest i jakie ma zastosowanie?

Azot, będący bezwonnym gazem, to nie tylko fundament życia organizmów żywych, ale też surowiec o dużym znaczeniu przemysłowym. Jego obecność jest niezauważalna, a znaczenie - ogromne.

Azot jest pierwiastkiem o ogromnym znaczeniu dla życia i przemysłu. Jako nieaktywny chemicznie gaz stanowi 78% atmosfery i jest niezbędny w cyklu życia roślin i organizmów żywych. Jego właściwości sprawiają, że odgrywa ważną rolę w produkcji nawozów, technologii żywności, elektronice i metalurgii. Innowacyjne zastosowania azotu obejmują badania naukowe i rozwój nowoczesnych technologii. W przyszłości możemy oczekiwać coraz szerszego wykorzystania azotu w różnych dziedzinach.

Azot – informacje i charakterystyka pierwiastka

Azot (N, łac. nitrogenium) – to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 7, niemetal z grupy 15 układu okresowego, znany ze swojej bierności chemicznej oraz jako bezwonny gaz w warunkach normalnych. Jego odkrycie w 1772 roku przypisuje się Danielowi Rutherfordowi, który uzyskał czysty azot oddzielając go od innych składników powietrza.

Azot i jego znaczenie w przemyśle

Pierwiastek ten ma kolosalne znaczenie zarówno w przyrodzie, jak i w technologii.  Mimo, że azotu jest pod dostatkiem, ponieważ stanowi on większą część powietrza, którym oddychamy, nie oznacza to jednak, że jest on gotowy do użycia do zastosowań przemysłowych. Przedsiębiorstwa mogą zaopatrywać się w azot na trzy sposoby:

• wynajmując zbiorniki na azot dowożony na teren zakładu,
• zamawiając azot w butlach pod wysokim ciśnieniem
• wytwarzając ten gaz we własnym zakresie.

Wiele firm szybko zdaje sobie sprawę, że dwie pierwsze opcje, opierające się na zewnętrznych dostawcach, są niewygodne, nieefektywne i kosztowne.

Co więcej, w około 80% zastosowań, azot jest wykorzystywany nie w postaci ciekłej, lecz gazowej. Głównym powodem, dla którego azot poddaje się skropleniu, jest chęć ułatwienia jego transportu firmom, które go oferują. Wytwarzanie ciekłego azotu wymaga jednak ogromnych ilości energii.

Dlatego też przedsiębiorstwa coraz częściej decydują się na samodzielne generowanie azotu, co daje im kontrolę nad ilością, czystością i ciśnieniem gazu dostosowanym do konkretnych potrzeb. Dodatkowe korzyści to stabilna cena, brak kosztów transportu i opóźnień.

Generowanie Własnego Azotu – Efektywność i Niezależność

Wytwarzanie azotu we własnym zakresie zwiększa elastyczność produkcji, ponieważ eliminuje zależność od dostawców zewnętrznych. Nie trzeba też borykać się z ciągłym składaniem zamówień i uzupełnianiem zapasów, ani ponosić kosztów dostaw. Co więcej generowanie azotu we własnym zakładzie posiada także aspekt ekologiczny. Dzięki produkcji azotu na miejscu przyczyniamy się do mniejszego transportu ciężarówek, a co z tym idzie redukujemy emisję CO2.

Przejście na wytwarzanie azotu gazowego we własnym zakresie może pomóc producentom i przedsiębiorcom w osiągnięciu znacznych oszczędności, zwykle w zakresie 40–80%. Dokładna wartość zależy od aktualnych rynkowych cen ciekłego azotu. Jednakże, inwestycja ta zapewnia krótki okres zwrotu kosztów, który zwykle wynosi mniej niż 3 lata.

Wytwarzanie azotu na miejscu w zakładzie zwalnia również miejsce, które wcześniej trzeba było przeznaczyć na przechowywanie butli z azotem (zarówno pełnych, jak i pustych), co dodatkowo podnosi wydajność operacyjną i zmniejsza koszty ogólne.

Istnieją dwa typy generatorów azotu:

• membranowe,
• oraz generatory oparte na technologii Adsorpcji Zmiennociśnieniowej (PSA), które pozwalają na osiągnięcie bardzo wysokiej czystości azotu, nawet do 99,999% czy 10 PPM (części na milion).

Azot w przemysłach wymagających nieaktywności chemicznej

Azot, dzięki swojej nieaktywności chemicznej, jest cennym surowcem wykorzystywanym w wielu branżach przemysłowych. Jego główną zaletą jest zdolność do zapobiegania wolnej i szybkiej oksydacji, co znajduje zastosowanie na przykład w przemyśle elektronicznym. Podczas produkcji płytek obwodów i innych drobnych komponentów, wolna oksydacja może prowadzić do korozji, co azot skutecznie eliminuje.

Podobnie, w branży spożywczej i branży napojów azot wykorzystywany jest do wypierania powietrza z opakowań, co pozwala na lepsze zachowanie świeżości produktów końcowych. Ponadto, azot redukuje ryzyko pożarów i eksplozji, poprzez eliminację tlenu z zamkniętych pojemników, co zmniejsza prawdopodobieństwo tych niebezpiecznych zdarzeń.

Zastosowanie azotu w przemyśle farmaceutycznym

Azot pełni ważną funkcję podczas procesu produkcji leków, gdzie wymagana jest atmosfera wolna od zanieczyszczeń. Substancje, z których produkuje się lekarstwa, nie mogą mieć kontaktu z tlenem ani parą wodną, ponieważ mogłyby łatwo wejść z nimi w reakcję chemiczną. Zwłaszcza tlen może wpłynąć negatywnie na jakość produktu, gdyż powoduje utlenianie. Dlatego też leki pakowane są w powszechnie znane listki (tzw. blistry) z użyciem azotu, a tlen nie powinien znaleźć się wewnątrz.

Azot jest również wykorzystywany jako atmosfera ochronna przy transferowaniu substancji (płynu lub proszku) z jednego naczynia do drugiego. Generatory azotu użytkowane przez firmy farmaceutyczne muszą spełniać najwyższe standardy, gdyż od tego zależy jakość końcowego produktu.

Zastosowanie azotu w przemyśle spożywczym

Azot odgrywa także istotną rolę w branży spożywczej. Dzięki niemu produkty mogą być dłużej przydatne do spożycia. Azot wykorzystuje się do pakowania w atmosferze ochronnej (tzw. MAP). Powietrze zostaje wypompowane z opakowania i zastąpione mieszaniną gazów, w tym azotu. Mechanizm ten przeciwdziała pojawieniu się drobnoustrojów w żywności, a dzięki jego zastosowaniu można uniknąć konserwantów.

Warto wspomnieć, że w przypadku płynów azot stosuje się aby stworzyć obojętną atmosferę w zbiornikach z sokami czy alkoholami. Dla produktów płynnych przeprowadza się także tzw. sparging, czyli przedmuchanie produktu gazem obojętnym w celu znacznego zmniejszenia obecności tlenu. Wszystkie te procesy nie byłyby możliwe, bez zastosowania generatorów azotu.

Zastosowanie azotu w technice laserowej i obróbce cieplnej metali

Ze względu na bezpieczeństwo i lepszą produktywność azot wykorzystywany jest także do cięcia laserem. Ponieważ jest on gazem obojętnym chemicznie znajduje zastosowanie w konieczności pracy w warunkach beztlenowych, ograniczając jednocześnie ryzyko utleniania. Zjawisko zwane utlenianiem zachodzi w przypadku, gdy obrabiany element nagrzewa się i jednocześnie ma kontakt z tlenem. W rezultacie na krawędzi cięcia może powstawać warstwa węglowa, która powoduje, że wykończenie produktu jest gorszej jakości, i co za tym idzie utrudnia przyleganie powłoki lub farby nałożonej na utlenioną powierzchnię.

Azot ułatwia także oczyszczanie wiązki laserowej. Jest doskonałym medium do oczyszczania trasy wiązki, ponieważ jest suchy, czysty i pozbawiony oleju, a przy tym charakteryzuje się małą zawartością zanieczyszczeń. W rezultacie chroni przed odkształceniem wiązki i pomaga zachować jej intensywność.

Zastosowanie azotu w przemyśle górniczym

W górnictwie pożary są jednym z głównych zagrożeń. Dlatego w kopalniach prowadzi się profilaktykę przeciwpożarową, a jednym z podstawowych działań w tym zakresie jest tzw. inertyzacja. Do pożarów w kopalniach dochodzi m.in. z powodu obecności gazów palnych. Inertyzacja polega na doprowadzeniu gazu obojętnego (np. azotu) i na rozrzedzeniu gazów palnych obecnych w kopalni. Generatory azotu są zatem wykorzystywane w prewencji przed wybuchami oraz likwidacji zagrożenia związanego z pożarem w kopalniach.

Co więcej, azot stosuje się do przeciwdziałania pożarom nie tylko w przemyśle górniczym. Podobny mechanizm znajduje zastosowanie także w serwerowniach, archiwach, magazynach. W tego rodzaju pomieszczeniach obniża się zawartość tlenu, a zwiększa zawartość azotu. Dzięki temu ryzyko pożaru jest mniejsze, a oddychanie – nadal możliwe.

Azot w przemyśle naftowym i gazowym

Azot znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle naftowym i gazowym, zarówno na lądzie, jak i na morzu, głównie w celu zapobiegania zagrożeniom pożarowym i wybuchowym. Jako inertny gaz, azot jest wykorzystywany do spłukiwania przestrzeni nad cieczą (headspace) w zbiornikach na ropę na rafineriach lub na tankowcach.

Gdy poziom ropy w zbiorniku obniża się, azot jest używany do wypełnienia powstałej przestrzeni, co zapobiega obecności tlenu i ewentualnym reakcjom chemicznym, które mogłyby spowodować pożar. Długotrwałe przechowywanie ropy w zbiornikach prowadzi do osadzania się osadów na ich dnie, co zmniejsza efektywność zbiorników.

Regularne czyszczenie zbiorników na ropę, przy wykorzystaniu azotu do spłukiwania i wydmuchiwania, zapobiega zapalnym reakcjom między resztkami ropy a środkami czyszczącymi.

Azot w przemyśle elektronicznym i metalurgicznym

Azot znajduje zastosowanie w przemyśle elektronicznym, gdzie jest wykorzystywany w procesach produkcyjnych półprzewodników i innych delikatnych komponentów elektronicznych. Zapobiega powstawaniu zanieczyszczeń i utlenianiu, dzięki czemu komponenty są wysokiej jakości.

W metalurgii azot służy jako atmosfera ochronna podczas wytwarzania stali i innych metali. Zapobiega to utlenieniu i zanieczyszczeniu metalu podczas procesu produkcyjnego, co jest kluczowe dla zachowania jego właściwości.

Przyszłość Azotu i Potencjalne Nowe Zastosowania

Przyszłość azotu jest obiecująca z uwagi na jego szerokie spektrum zastosowań i nieustanne odkrywanie nowych możliwości wykorzystania tego pierwiastka. Nowe technologie, które wykorzystują azot, mogą przyczynić się do rozwoju zrównoważonej energetyki, medycyny przyszłości oraz ochrony środowiska. Potencjał azotu jest nadal badany, a jego nowe zastosowania mogą zmienić wiele obszarów naszego życia.