Overzicht van het Haber-Bosch-proces

De Haber-Bosch-proces is een proces dat stikstof met waterstof fixeert om ammoniak te produceren - een cruciaal onderdeel bij de productie van plantaardige meststoffen. Het proces werd begin 1900 ontwikkeld door Fritz Haber en werd later aangepast tot een industrieel proces om kunstmest te maken door Carl Bosch. Het Haber-Bosch-proces wordt door veel wetenschappers en wetenschappers beschouwd als een van de belangrijkste technologische vooruitgangen van de 20e eeuw.

Het Haber-Bosch-proces is buitengewoon belangrijk omdat het het eerste proces was dat werd ontwikkeld waardoor mensen massaal plantenmest konden produceren door de productie van ammoniak. Het was ook een van de eerste industriële processen die werden ontwikkeld om onder hoge druk een chemische reactie te veroorzaken (Rae-Dupree, 2011). Hierdoor konden boeren meer voedsel verbouwen, wat op zijn beurt weer mogelijk maakte landbouw om een ​​grotere bevolking te ondersteunen. Velen beschouwen het Haber-Bosch-proces als verantwoordelijk voor de stroom van de aarde

Tegen de periode van industrialisatie de menselijke bevolking was aanzienlijk gegroeid, en als gevolg daarvan was er behoefte aan meer graanproductie en begon de landbouw in nieuwe gebieden zoals Rusland, Amerika en Australië (Morrison, 2001). Om gewassen in deze en andere gebieden productiever te maken, gingen boeren op zoek naar manieren om stikstof aan de bodem toe te voegen, en groeide het gebruik van mest en later guano en fossiel nitraat.

Aan het einde van de 19e en het begin van de 20e eeuw gingen wetenschappers, voornamelijk scheikundigen, op zoek naar manieren om meststoffen te ontwikkelen door kunstmatig stikstof te fixeren zoals peulvruchten in hun wortels doen. Op 2 juli 1909 produceerde Fritz Haber een continue stroom vloeibare ammoniak uit waterstof en stikstof gassen die via een osmiummetaalkatalysator in een hete, onder druk staande ijzeren buis werden gevoerd (Morrison, 2001). Het was voor het eerst dat iemand op deze manier ammoniak kon ontwikkelen.

Later werkte Carl Bosch, een metallurg en ingenieur, om dit proces van ammoniaksynthese te perfectioneren zodat het op wereldschaal kon worden gebruikt. In 1912 werd begonnen met de bouw van een fabriek met een commerciële productiecapaciteit in Oppau, Duitsland. De fabriek was in staat om in vijf uur een ton vloeibare ammoniak te produceren en tegen 1914 produceerde de fabriek 20 ton bruikbare stikstof per dag (Morrison, 2001).

Met de start van Eerste Wereldoorlog, stopte de productie van stikstof voor meststoffen in de fabriek en schakelde de productie over op die van explosieven voor loopgravenoorlog. Later werd een tweede fabriek geopend in Saksen, Duitsland, om de oorlogsinspanning te ondersteunen. Aan het einde van de oorlog begonnen beide fabrieken weer met het produceren van meststoffen.

Het proces werkt tegenwoordig ongeveer zoals het oorspronkelijk deed door extreem hoge druk te gebruiken om een ​​chemische reactie te forceren. Het werkt door stikstof uit de lucht te binden met waterstof uit aardgas om ammoniak te produceren (diagram). Het proces moet onder hoge druk staan ​​omdat stikstofmoleculen bij elkaar worden gehouden met sterke drievoudige bindingen. Het Haber-Bosch-proces maakt gebruik van een katalysator of houder van ijzer of ruthenium met een binnentemperatuur van meer dan 800 F (426 C) en een druk van ongeveer 200 atmosfeer om stikstof en waterstof samen te dwingen (Rae-Dupree, 2011). De elementen gaan dan uit de katalysator en in industriële reactoren waar de elementen uiteindelijk worden omgezet in vloeibare ammoniak (Rae-Dupree, 2011). De vloeibare ammoniak wordt vervolgens gebruikt om meststoffen te maken.

Tegenwoordig dragen kunstmest bij aan ongeveer de helft van de stikstof die in de wereldwijde landbouw wordt gestoken, en dit aantal is hoger in ontwikkelde landen.

Tegenwoordig zijn de plaatsen met de meeste vraag naar deze meststoffen ook de plaatsen waar de wereldpopulatie groeit het snelst. Sommige onderzoeken tonen aan dat ongeveer "80 procent van de wereldwijde toename van het verbruik van stikstofmeststoffen tussen 2000 en 2009 afkomstig was uit India en China" (Mengen, 2013).

Ondanks de groei in 's werelds grootste landen, de grote bevolkingsgroei wereldwijd sinds de De ontwikkeling van het Haber-Bosch-proces laat zien hoe belangrijk het is geweest voor veranderingen in de wereld bevolking.

Het huidige proces van stikstofbinding is ook niet helemaal efficiënt en er gaat veel verloren nadat het is toegepast op velden als gevolg van afvloeiing wanneer het regent en een natuurlijke vergassing als het erin zit velden. De aanmaak ervan is ook extreem energie-intensief vanwege de hoge temperatuur die nodig is om de moleculaire bindingen van stikstof te verbreken. Wetenschappers werken momenteel aan efficiëntere manieren om het proces te voltooien en om milieuvriendelijkere manieren te creëren om de landbouw en de groeiende bevolking van de wereld te ondersteunen.