谈到温室气体，全球大多数关注点是二氧化碳和甲烷。一氧化二氮是排放量第三大的温室气体，尽管它对气候有影响，但似乎并未引起人们的注意。
一氧化二氮被称为笑气，其温室气体的效力几乎是 CO2 的300 倍;它还消耗平流层臭氧层。根据最近发表在《自然》杂志上的一项研究，自 1980 年以来，人类活动产生的一氧化二氮排放量增加了 30%，这比科学家之前假设的要快。
然而，N2O 在国际气候或臭氧条约中很少受到关注。这主要是因为农业占 N2O 排放量的三分之二以上。氮肥和粪肥在分解时都会释放出气体。政策制定者和农场游说团体认为这些农业排放难以监测。
但化学工业的排放量是下一个最大的来源，可以以倡导者所说的合理成本来减少。N2O 在生产硝酸(一种重要的肥料原料)以及尼龙原料己二酸和己内酰胺时作为副产品释放。尼龙行业的企业已经或正在开始采取行动。相比之下，硝酸行业大多没有响应减少 N2O 的呼吁。
化学工业对 N2O的削减始于大约 30 年前，当时主要的己二酸生产商——包括杜邦、拜耳和罗纳-普朗克在内的公司——安装了技术来减少几乎所有的排放。后来，欧盟排放交易系统促使采用技术来消除欧洲硝酸工厂中的N2O。
气候紧迫性和投资者压力正在迫使其他人迎头赶上。己内酰胺生产商 Fibrant 刚刚宣布已在其位于荷兰 Geleen 的工厂完成了 N2O 减排系统的安装。该公司指出“目前欧洲正在收紧温室气体 (GHG) 排放目标。”
2 月，朗盛在比利时安特卫普的己内酰胺工厂启动了耗资 1000 万美元的 N2O 还原系统。该公司计划在 2023 年开设第二个更大的减排设施。 2020 年 6 月，Ascend Performance Materials 在佛罗里达州彭萨科拉附近的己二酸工厂安装了技术，将 N2O 排放量减少了一半。
与此同时，由德国政府在 2015 年巴黎气候会议上发起的一项倡议硝酸气候行动小组(NACAG) 正在激励世界各国消除其硝酸工厂的N2O 排放。
NACAG 主任恩里科·鲁伯图斯 (Enrico Rubertus) 表示，与农业或运输成本相比，减少化学品生产中的N2O 排放量是便宜的。他说，这个过程每公吨 (t) 二氧化碳当量的成本为 1-3 美元，而将公共巴士系统转换为电动汽车则需要每公吨数百美元。“这是一个容易实现的目标，很容易管理，应该立即完成，”他补充道。
许多有效的减少 N2O 排放的技术是可用的。一种工艺是选择性催化还原 (SCR)，它使用催化剂——通常是钴、锆和钛等金属的氧化物——将 N2O 分解为氮气和氧气。
NACAG 的化学工程师 Emilio Martin 说，安装 SCR 相对简单且经济实惠，因为它“有效地将催化剂放入现有的反应器中”。SCR 最多可减少 85-90% 的 N2O 排放。处于反应器内部的不利之处在于“当您启动和关闭工厂时，您会遇到巨大的温差，这会导致催化剂功能出现问题，”马丁说。
另一种主要的减排技术使用热还原装置 (TRU)，这是一种放置在工厂烟气管道末端的专用反应器，它们通过焚烧来破坏 N2O。Martin 说，如果 SCR 是福特，TRU 就是保时捷，其成本是其五倍多，每台高达 200 万美元，但它们可以减少 95-99% 的排放。
在其彭萨科拉工厂，奥升德使用 SCR 系统来破坏氮氧化物 (NOx)，这是一种导致地面臭氧、烟雾和酸雨的挥发性化合物，因为美国环境保护署对化工厂的NOx排放进行了监管。该系统还会破坏一些 N2O 作为副作用。
通过这样做，该公司正在赶上几十年前安装减排设备的其他己二酸制造商。1996 年，美国的工业 N2O 排放量急剧下降，当时运营的四家己二酸工厂中的三家安装了排放控制技术。尼龙 6,6 由己二酸和六亚甲基二胺反应制成。制造己二酸包括用硝酸氧化环己酮-环己醇混合物，该反应为每个己二酸分子生成一个 N2O 分子。
Gopal 说，奥升德的工程师在过去 5 年里一直在开发定制的 TRU 以减少这些排放。传统 TRU 将 N2O还原为氮气和氧气，而 Ascend 的工艺使用专门设计的反应器和催化剂将 N2O 转化为硝酸。“优点是你正在制造理想的硝酸，而不是分解成氮气和氧气，”Gopal 说。
他说，该系统在去年 6 月安装后使工厂的排放量减少了一半。第二代技术可以将排放量减少 95% 以上。Ascend 已经测试了 1/10 比例的版本，正在评估是否要达到全比例。“这是一项全新的技术，因此任何新工艺都会带来规模挑战，”Gopal 说。“我们已经做了 5 年多一点的事情。你必须评估新技术如何自我维持。”
如果采用，Ascend 的技术可能会对气候产生巨大影响。根据美国环保署的数据，彭萨科拉工厂是2019 年美国最大的 N2O 排放工业源，排放量近 18,000 吨。这相当于大约 550 万吨 CO2。
美国唯一的其他己二酸工厂是英威达位于德克萨斯州维多利亚的工厂。前杜邦工厂使用 SCR 系统减少其 N2O 排放量，2019 年排放量低于 3,000 吨。
但世界上近一半的己二酸供应来自中国的 11 家工厂，这些工厂每年产生数十万吨 N2O——相当于加州、上海和北京所有汽车的温室气体排放量，据报道到出版物Inside Climate News。
去年 9 月，总部位于北京的工业气体公司 Linggas 开始在中国的己二酸设施中捕集 6,000 多吨 N2O。该公司净化气体以销售用于平板显示器制造和其他应用。预计今年该工厂将额外捕获 12,000 吨 N2O。
另一个 N2O 罪魁祸首是生产尼龙 6 的原材料己内酰胺。在全球范围内，己内酰胺设施每年排放约 35,000 吨 N2O，相当于约 1000 万吨二氧化碳。生产己内酰胺包括在高温下氧化氨以制备亚硝酸铵，然后用硫酸氢化得到硫酸羟铵。Lanxess 的化学工程师 Kris Devoldere 说，氧化和氢化步骤都会产生 N2O 作为副产物。
今年年初，朗盛在其位于安特卫普的己内酰胺工厂启用的 N2O 还原装置每年将销毁 500 吨加氢步骤中产生的 N2O。该公司计划从 2023 年开始在氨氧化步骤中再减少 1,000 吨排放。“这将消除我们工厂产生的绝大多数笑气，”德沃尔代尔说。
Lanxess 使用两步缓解过程来减少 N2O 和 NOx排放。在第一阶段，N2O 使用通常用于消除挥发性有机化合物的 1,000 °C 蓄热式热氧化过程分解为氮气和氧气。第二步是在 250–450 °C 的 SCR 装置中使 NOx与氨反应以产生氮气和水。
自 2009 年以来，该公司一直在其位于德国克雷菲尔德附近的己二酸工厂每年减少 5,000 吨 N2O，这是其唯一的其他重要排放源。
即使世界上所有的己二酸和己内酰胺制造商都减少了 N2O，硝酸工厂的排放也会抵消大部分影响。此类工厂是 N2O的最大工业排放源。 与己内酰胺一样，制造硝酸涉及氨的高温氧化，从而生成 N2O。但由于硝酸是肥料的关键成分，因此世界上产生了大量它比己内酰胺多。
在全球 580 家硝酸工厂中，仅有 100 多家减少了排放。据 NACAG 的 Rubertus 称，其余的每年排放约 350,000 吨 N2O，是世界己内酰胺工厂的 10 倍，相当于荷兰的所有温室气体排放量。
在缺乏法规的情况下，很少有企业愿意为减排付费。“从商业角度来看，缓解措施没有多大意义，”Rubertus 说。“除非他们有良好的气候意识，否则没有人会自愿这样做。”
进入欧洲的气候进步。欧盟的强制性排放交易计划对来自己二酸和硝酸工厂的N2O 排放施加了限制。澳大利亚最近颁布了一项类似的政策，以减少化工厂和其他来源的排放。
该组织的使命是在未来 4 年内说服其他地方的硝酸工厂减少至少 90% 的N2O 排放。NACAG 向任何承诺强制削减N2O 但缺乏支持这项工作的资源的发展中国家提供技术和财政支持。该集团是技术中立的，但更喜欢，因为他们较高的削减的结束管道TRU系统，因为他们还削减了NOX排放。
NACAG 正在与 30 个国家进行讨论，其中大部分在拉丁美洲、非洲和亚洲。七人已经签署了正式的政治承诺，以换取高达 500 万美元的赠款。即使在德国政府的支持结束后，伴随资金而来的法规也应确保长期缓解。
这种方法旨在避免早期激励计划联合国清洁发展机制的缺点，该机制也激励减少工业 N2O 排放。2000 年代中期，在该计划的推动下，中国的 18 家硝酸厂和 2 家己二酸厂销毁了数万吨 N2O。他们将这些减排量作为价值数十亿美元的碳信用额出售给发达国家。但是，根据内部气候新闻调查，这些公司在 2012 年资助结束后停止向联合国报告其排放量——并且可能停止了减排。
2016 年，中国政府表示将在 2020 年之前减少该国己二酸和硝酸工厂的N2O 排放。目前还不清楚这是否已经发生，但如果这样做，每年将减少 350,000 吨排放。世界资源研究所2019 年的一份报告。
Rubertus 说，如今，美国、中国和印度的硝酸工厂是世界上最大的 N2O 排放国。美国仍然是少数几个在减少 N2O 排放方面吝啬的发达国家之一。在全国 32 家硝酸厂中，有一半采用了减排技术。根据 EPA 的数据，其余部分在 2019 年排放了 31,000 吨 N2O。
Rubertus 说，在特朗普政府期间，美国对 N2O 减排的兴趣微乎其微，但随着拜登政府对气候的关注，情况正在发生变化。而在上一次于 2019 年在维也纳举行的硝酸铵-硝酸会议上，行业代表似乎更愿意谈论他们的 N2O 问题。“我们可以看到过去 4 年从不谈论排放到真正关注排放的转变，”鲁伯图斯说。
另一轮欧洲法规可能会推动化工行业采取进一步行动。3 月，欧洲议会批准了一项名为“碳边界调整机制”的立法提案，该机制将从 2023 年开始对进口到欧盟的以碳密集型方式制造的工业商品征税。
Rubertus 说，就像欧洲排放交易计划一样，碳税将涵盖二氧化碳和一氧化二氮的排放。“因此，从商业角度来看，运营商必须清楚，如果他们不以更环保的方式生产，他们将无法在未来销售产品。”
