Részletes reakciómechanizmusok felhasználásával elért sikerek
a környezetvédelemben és a technológiában
Turányi Tamás
ELTE Kémiai Intézet, Reakciókinetikai Laboratórium
A kémiai folyamatok során a kiindulási anyagokból a termékek több száz, vagy akár több ezer reakciólépésen keresztül keletkeznek. A folyamat reakciókinetikájának vizsgálata magában foglalja annak leírását, hogy melyek ezek a reakciólépések és azok sebessége hogyan függ a reakció körülményeitől, mint például a hőmérséklet vagy a nyomás. Mindezeket az ismereteket a részletes reakciómechanizmusok tartalmazzák.
Ha egy kémiai folyamatra részletes reakciómechanizmus áll rendelkezésre, akkor meg lehet határozni azokat a körülményeket, ahol a folyamat környezetbarát módon megy végbe. Ipari folyamatok esetén a környezetvédelmi szempontok mellett fontos a technológiai optimalizálás is, ami biztosíthatja a gyártás gazdaságosságát. Ma már nagyon sok kémiai folyamat vizsgálatának egyik első lépése egy pontos részletes reakciómechanizmus meghatározása. Az előadás során több sikertörténetet ismertetünk, amelyekben fontos szerepet játszott a reakciómechanizmus alkalmazása.
Az ötvenes években az autóforgalom növekedésével az iparilag fejlett országokban nyaranta megjelent a fotokémiai szmog. Ennek kémiai oka, hogy a levegőbe került szénhidrogének és a levegő oxigénjének reakciójából, a napsugárzás és a nitrogén-oxidok katalitikus hatására ózon és más légszennyezők keletkeznek. Hamar kiderült azonban, hogy a keletkező ózon mennyiségét a szénhidrogének és a nitrogén-oxidok mennyisége együtt határozza meg és a folyamat lejátszódásához több órára van szükség. A részletes reakciómechanizmus alapján olyan számítógépes modellt lehetett készíteni, amely nem csak a nagyvárosok levegőminőségének számítására alkalmas, de megadja azt is, hogy a szennyezett városoktól akár több száz kilométerre is milyen károsodás érheti a szántóföldi növényeket. A modell alapján optimalizálni lehet a levegőszennyezést csökkentő intézkedéseket.
Néhány évvel azelőtt a földgáztüzelésű villamos erőművek nagy mennyiségű nitrogén-oxidot bocsátottak ki és ezzel jelentősen hozzájárultak a fotokémiai szmog kialakulásához. A földgáz égésének kémiáját és a nitrogén-oxidok keletkezését az égések során viszonylag jól ismerjük. A részletes reakciómechanizmus felhasználásával olyan módosításokat lehetett kidolgozni, amivel tizedrészére lehetett csökkenteni a nitrogén-oxidok kibocsátását. Ezeket a módosításokat végrehajtották a működő erőműveken és az új erőművek már az ilyen elvek alapján készülnek.
A kőolaj árának ugrásszerű növekedésével még fontosabb lett a gépjárművek alacsony üzemanyag-fogyasztása. Kevés üzemanyagot fogyasztó autók kevés széndioxidot bocsátanak ki, igy kevésbé járulnak hozzá a globális felmelegedéshez is. A motorbenzin égésének kémiáját már eléggé jól ismerjük ahhoz, hogy ennek alapján az automotorok működése optimalizálható legyen. A legújabb autómotorok sokkal gazdaságosabbak és ugyanakkor kevesebb szennyezőanyagot bocsátanak ki, mint az akár néhány évvel korábbiak.