„Dušik je plin koji ne gori niti podržava gorenje“, uči se u školi. Dokaz? Najočitiji je dokaz da dušik uopće postoji u zraku, i to kao njegov najglavniji sastojak (78 %). Kada bi dušik gorio, jasno je da bi nestao već s prvom vatrom, s prvom munjom. Trostruka kovalentna veza u molekuli dušika (:N≡N:) za oko kemičara isto je što i trostruki bedem oko tvrđave: dušik (N₂) je izuzetno inertan plin, pa se to njegovo svojstvo naveliko koristi. Avionske gume se pune upravo dušikom da bi se izbjeglo moguće izbijanje požara pri njihovom pucanju, kemičari vodu „dušiciraju“ (zasićuju dušikom) – jer dušik je jedini plin iz zraka koji ne može smetati njihovim kemijskim reakcijama (kisik oksidira, a ugljikov dioksid zakiseljava). Sve u svemu, inertni plin – kad to ime već ne bi bilo rezervirano (kao jedno od mnogih sinonimnih imena) za plemenite plinove, naime za helij, neon, argon, kripton, ksenon i radon.  

No to je samo na prvi pogled tako. Sve gori, pa tako i dušik. Ono što izlazi iz ispušnika automobilskog motora nije samo CO, CO₂ i H₂O – plinovi koji nastaju izgaranjem ugljikovodika – nego i NO_x, plinovi koji nastaju izgaranjem zraka. Da, upravo tako: pri visokim temperaturama dušik se doista spaja s kisikom, pri čemu nastaje NO_x, čudnovata smjesa dušikovih oksida. Kažem „čudnovata smjesa“ jer njezin točan sastav ovisi o temperaturi i udjelu kisika u plinskoj smjesi. Riječ je o složenim kemijskim ravnotežama čije uspostavljanje opet ovisi o temperaturi: pri višim se temperaturama ravnoteža uspostavlja brže nego pri nižim. Sve u svemu kemijski galimatijaš. 

Od tog galimatijaša boli glava – i te kako. Ne samo zato što dušikovi oksidi izazivaju glavobolju, nego i zato što su oni – a poglavito njihova glavna komponenta, dušikov monoksid (NO) – ključni onečišćivači zraka u gradovima, jer od njih nastaje fotokemijski smog (od kojeg zrak poprima crvenosmeđu boju). Još gore: dušikovi oksidi ne zadaju glavobolju samo ljudima, nego i našoj Zemlji, jer joj dižu temperaturu (staklenički plin!) i uništavaju šume (kiselim kišama). Mnogo se dušikovih oksida oslobađa i pri industrijskim procesima, primjerice pri proizvodnji najlona. Sve u svemu, nezgodni svati kojih bi se trebalo što prije riješiti. 

I evo ga: u časopisu Molecules osvanuo je znanstveni rad kineskih znanstvenika „Dy-modified Mn/TiO₂ catalyst used for selective catalytic reduction of NO in ammonia at low temperatures“. Riječ je dakle o katalizatoru temeljenom na titanijevom dioksidu (TiO₂) koji je modificiran prijelaznim metalom manganom (Mn) i lantanidom disprozijem (Dy). On prevodi (reducira) dušikov monoksid (NO) u dušik (N₂). Čime ga reducira? Isto tako otrovnim plinom, spojem dušika i vodika – amonijakom, NH₃. 

Malo što u kemiji ne ovisi o katalizatoru, a u kemijskom inženjerstvu gotovo sve. Katalizator kineskih kemičara se sastoji – vidi se već iz naslova – od titanijeva dioksida, u kristalnoj modifikaciji anatasa, koja sadrži 12,18 do 14,41 % mangana te 0 do 18,85 % disprozija. Iako se već s katalizatorom bez disprozija (Mn/TiO₂) može postići visoka pretvorba (98 %) dušikovih oksida u dušik, nezgodno je da se to postiže na temperaturi iznad 160 ^oC. Dodatak disprozija snižava temperaturu pa katalizator u kojem na svakih deset atoma mangana dolazi jedan atom disprozija (Dy_0,1Mn/TiO₂) može prevesti sve okside dušika u dušik već pri 100 ^oC. To se ne čini mnogo, ali već i male razlike čine čuda ako se uzme u obzir koliki će se milijuni kubičnih metara zraka propuštati preko katalizatora i koliko će energije biti potrebno za njegovo zagrijavanje. 

Primjena za novu tehnologiju ima, razumije se, mnogo, no ipak... Meni je jedna buduća, vrlo perspektivna primjena odmah pala na pamet. Mnogo se naime radi na brodovima koji bi u dizel-motorima umjesto plinskog ulja sagorijevali amonijak. To je gorivo vrijedno svake hvale jer od njega ne nastaje ništa drugo do dušik i vodena para. Tako bi to bilo da u cilindru motora ne vlada visoka temperatura, pa se dio dušika spaja s kisikom u NO. Opisani postupak kineskih znanstvenika nudi rješenje: izlazni plinovi iz motora bi se hladili, da bi se kondenzirala voda, a zatim bi se – nakon dodatka amonijaka – prevodili preko katalizatora DyMn/TiO₂. Kroz dimnjak broda (ako bi ga uopće bilo) izlazio bi samo čist dušik – prirodni sastojak zraka. 

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednja je „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.