Det meste er nitrogen

Vi lever i en atmosfære med mye nitrogen. Likevel er nitrogen et ganske anonymt grunnstoff. Det er litt synd, for nitrogen har mange gode egenskaper. På tross av sitt dystre navn, kvelstoff, er det livsviktig.

En liten ampulle med sædceller senkes ned i en stålbeholder fylt med flytende nitrogen. Det damper opp fra beholderen, som minner litt om science fiction. Men egentlig er det bare et eksempel på biokjemi. For biokjemikere vet at sædcellene tåler det iskalde møtet med flytende nitrogen, og at sæden i frosset tilstand kan overleve i minst fem år.

At nitrogen stammer fra luften er antakelig noe personalet i sædbanken ikke tenker mye på. For dem er flytende nitrogen bare et viktig hjelpestoff, i likhet med en mengde andre virksomheter. Mange av dem benytter den formidable evnen flytende nitrogen har til å kjøle. Nitrogen koker ved minus 196°C, med andre ord går det fra flytende fase til gassfase ved denne svært lave temperaturen. Til sammenligning koker vann som kjent ved pluss 100°C – det er en forskjell på nesten 300°C! Når flytende nitrogen koker så bruker det energi – mye energi. Energien stjeler det fra omgivelsene, som på den måten blir kalde. Svært kalde. Teknikken blir brukt i hyppig skala til f.eks. å dypfryse bakken, når det skal gjøres store anleggsarbeider under bakken. Den frosne bakken blir steinhard, og på den måten hindres effektivt grunnvann fra å trenge inn. Metoden ble bl.a. benyttet for Metrobyggerriet i København.

Inngår helst ikke forbindelser

Det meste av luften vi puster inn består av nitrogen. Nitrogen er et grunnstoff, og ca. 78 % av atmosfæren består av dette grunnstoffet. Ved tidenes morgen var innholdet enda høyere.

Nitrogen lever på mange måter en litt anonym tilværelse. Luftens nitrogen er (heldigvis!) usynlig. Den luker ikke, den smaker ikke og den kan ikke brenne. Ikke engang når den kjøles så langt ned at den blir flytende får den et spesielt utseende, den blir bare til en fargeløs væske.

Kjemisk sett er nitrogen også litt sjenert, dersom det kan brukes et slikt menneskelig uttrykk om et grunnstoff. Fakta er at nitrogen helst ikke inngår forbindelser med andre stoffer. Faktisk er det så tilbakeholdent at kjemikerne nesten ser på det som en edelgass. En edelgass er en gass som kjennetegnes av sin stabilitet og sin uvillighet til å skape kjemiske forbindelser.

Denne egenskapen til nitrogen benyttes også industrielt. Når det står på en matvare at den er “pakket i beskyttet atmosfære” er hovedbestanddelen ofte nitrogen. For når varen først er omgitt av sin egen lille atmosfære av rent nitrogen, er den godt beskyttet mot angrep fra bakterier og andre mikroorganismer. Dette siden de som oftest trenger oksygen for å overleve. I mange deler av industrien benyttes nitrogen i gassform til å fortrenge luftens oksygen, det kalles inertering. Det skjer også i den petro-kjemiske industrien (olje/bensin), hvor tilførsel av nitrogen eliminerer brann- og eksplosjonsfare ved å fortrenge oksygen fra tanker og rør.

Et kretsløp på jorden
På tross av sin uvilje inngår nitrogen likevel forbindelser med enkelte andre stoffer. Og det er bra. For nitrogen er en av livets byggesteiner, og inngår bl.a. som en svært viktig del av proteiner. Men det har vært vanskelig for naturen å utvikle metoder som kan hente nitrogen fra atmosfæren – klodens store lager av nitrogen.

En av dem er – tro det eller ei – tordenvær. Et lyn varmer omgivelsesluften så mye opp at nitrogenet nærmest glemmer hvor sjenert det er, og inngår kjemiske forbindelser med oksygen. Det blir til nitrater som plantene kan benytte. Også ved vulkanutbrudd sendes nitrogenforbindelser ut i atmosfæren.

Men tross alt er det begrenset hvor mye nitrogen som lages av lyn og vulkaner. Derfor har mange planter selv tatt affære. De har utviklet evnen til å hente nitrogen ut av luften. Eller rettere sagt: De har gjort seg til verter for noen bakterier som er i stand til å hente nitrogen fra atmosfæren. Bakteriene sitter typisk i plantens rotknoll. Totalt finnes det omtrent 190 former for planter som mestrer dette magiske trikset. Noen av de mest kjente er erter og bønner. Takket være disse plantene vinnes det et velfungerende biologisk kretsløp for nitrogen. Gjennom plantene bygges nitrogen inn i proteiner, som spises av oss eller av dyr. Gjennom urinen utskilles såkalt urinstoff. Det inneholder – gjett en gang – ja, det stemmer: nitrogen. Men den er fremdeles kjemisk bundet. Først når urinen er brutt ned blir nitrogenet levert tilbake til atmosfæren med takk for lånet.

Underveis kan for store mengder nitrogen skape ubalanse. Nitrogen er et effektivt gjødsel, som kan få alger til å blomstre opp i sjø, fjord og hav.

Luften er råvaren

Industrielt kalles nitrogen for en luftgass. Navnet henviser til at gassen er en av dem som vanlig luft er bygget opp av, men også til at gassen kan fremstilles med helt vanlig luft som råvare. Det skjer gjennom en trinnvis sammenpressing og avkjøling av luften i en prosess – også kjent som Linde-prosessen. Til slutt er luften såkalt at den blir til væske. Da kan nitrogen separeres fra de øvrige luftgassene, oksygen og argon.

Tidligere, da det var teknisk umulig å fremstille nitrogen, ble “endogass” benyttes. Det er luften fra forbrenning av for eksempel bygass, hvor oksygeninnholdet etter forbrenningen er svært lav og endogassen dermed er inaktiv. Større industrier hadde endogass-generatorer i fabrikkene. Nitrogen bli nå fremstilt sentralt, og distribuert til forskjellige fabrikker.

Nitrogen, både flytende og i gassform, får stadig flere bruksområder. Nitrogen i gassform benyttes generelt i prosesser hvor tilstedeværelsen av oksygen medfører uønskede kjemiske reaksjoner. Flytende nitrogen benyttes til kjøling og frysing, hvor denne praktiske egenskapen bl.a. benyttes i forbindelse med gjenbruk av materialer fra bildekk. Den sterke kulden gjør gummien skjør som glass, deretter knuses dekkene til et granulat som sorteres i gummi, stål og tekstil.

Når maling lynfryses skaller den av, derfor blir flytende nitrogen også benyttet til å fjerne maling. I industrien kan små rester av metall eller gummi i støpeformer være et stort problem. Men også det kan ofte løses ved å fryse støpeformen. Slik går de små restene av.

I næringsmiddelindustrien fører økte forbrukerkrav til tilsvarende økte kvalitetskrav. Bruken av flytende nitrogen er økende, men et av de nyeste bruksområdene er innen strømforsyning. På Amager ble verdens første superledende strømkabel, benyttet til ordinær strømforsyning, tatt i bruk i 2001. Kabelen er bare 30 meter lang, men den skiller seg fra andre strømkabler på ett vesentlig punkt: Den har en temperatur på minus 190°C. Ved den temperaturen er det ingen elektrisk motstand, slik spares mye energi. Hvordan kabelen blir såkalt trenger vi nok ikke forklare – selvfølgelig er nitrogen igjen involvert.

Tekst: Ib Salomon
Foto: Shutterstock, Linde Brand Portal