Informacje o procesie Haber-Bosch

Proces Habera lub Habera-Boscha jest podstawową metodą przemysłową stosowaną do wytwarzania amoniaku lub naprawić azot. Proces Habera reaguje azot i wodór gaz z wytworzeniem amoniaku:

N.₂ + 3 godz₂ → 2 NH₃ (ΔH = -92,4 kJ · mol⁻¹)

Fritz Haber, niemiecki chemik i Robert Le Rossignol, brytyjski chemik, zademonstrowali pierwszy proces syntezy amoniaku w 1909 roku. Z powietrza pod ciśnieniem tworzyły kroplami amoniak. Jednak technologia nie istniała, aby rozszerzyć ciśnienie wymagane w tym urządzeniu stołowym na produkcję komercyjną. Carl Bosch, inżynier BASF, rozwiązał problemy techniczne związane z produkcją przemysłowego amoniaku. Niemiecka fabryka BASF w Oppau rozpoczęła produkcję amoniaku w 1913 r.

Oryginalny proces Habera wytwarzał amoniak z powietrza. Proces przemysłowy Haber-Bosch miesza gazowy azot i wodór w zbiorniku ciśnieniowym, który zawiera specjalny katalizator przyspieszający reakcję. Z termodynamicznego punktu widzenia reakcja między azotem i wodorem sprzyja produktowi w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem, ale reakcja nie wytwarza dużej ilości amoniaku. Reakcja jest

Katalizator i zwiększone ciśnienie są naukową magią stojącą za tym procesem. Pierwotnym katalizatorem Boscha był osm, ale BASF szybko zdecydował się na tańszy katalizator na bazie żelaza, który jest nadal w użyciu. Niektóre nowoczesne procesy wykorzystują katalizator rutenowy, który jest bardziej aktywny niż katalizator żelazny.

Chociaż Bosch pierwotnie poddawał elektrolizie wodę w celu uzyskania wodoru, nowoczesna wersja procesu wykorzystuje gaz ziemny do uzyskania metanu, który jest przetwarzany w celu uzyskania wodoru. Szacuje się, że 3-5 procent światowej produkcji gazu ziemnego przeznacza się na proces Habera.

Gazy przechodzą wielokrotnie przez złoże katalizatora, ponieważ konwersja do amoniaku wynosi tylko około 15 procent za każdym razem. Pod koniec procesu osiąga się około 97 procent konwersji azotu i wodoru w amoniak.

Niektórzy uważają proces Habera za najważniejszy wynalazek ostatnich 200 lat! Głównym powodem, dla którego proces Haber jest ważny, jest to, że amoniak jest stosowany jako nawóz do roślin, umożliwiając rolnikom hodowanie wystarczającej ilości upraw, aby utrzymać stale rosnącą populację na świecie. Proces Habera dostarcza rocznie 500 milionów ton (453 miliardów kilogramów) nawozów azotowych, co, jak się szacuje, wspiera żywność dla jednej trzeciej ludzi na Ziemi.

Istnieją również negatywne skojarzenia z procesem Habera. Podczas I wojny światowej amoniak był wykorzystywany do produkcji kwasu azotowego do produkcji amunicji. Niektórzy twierdzą, że eksplozja populacji, na lepsze lub gorsze, nie nastąpiłaby bez zwiększonego dostępnego pożywienia z powodu nawozu. Uwalnianie związków azotu miało również negatywny wpływ na środowisko.

_Bibliografia

_{Wzbogacanie ziemi: Fritz Haber, Carl Bosch i transformacja światowej produkcji żywności, Vaclav Smil (2001) ISBN 0-262-19449-X.}

_{Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska: Zmiany w globalnym cyklu azotowym przez człowieka: przyczyny i konsekwencje Peter M. Vitousek, przewodniczący, John Aber, Robert W. Howarth, Gene E. Likens, Pamela A. Matson, David W. Schindler, William H. Schlesinger i G. David Tilman}

_{Fritz Haber Biografia, E-Muzeum Nobla, odzyskane 4 października 2013 r.}