Prezentare generală a procesului Haber-Bosch

Procesul Haber-Bosch este un proces care fixează azotul cu hidrogen pentru a produce amoniac - o parte critică în fabricarea îngrășămintelor vegetale. Procesul a fost dezvoltat la începutul anilor 1900 de Fritz Haber și a fost ulterior modificat pentru a deveni un proces industrial de fabricare a îngrășămintelor de către Carl Bosch. Procesul Haber-Bosch este considerat de mulți oameni de știință și savanți drept unul dintre cele mai importante progrese tehnologice ale secolului XX.

Procesul Haber-Bosch este extrem de important, deoarece a fost primul dintre procesele dezvoltate care au permis oamenilor să producă în masă îngrășăminte vegetale datorită producției de amoniac. De asemenea, a fost unul dintre primele procese industriale dezvoltate pentru a utiliza o presiune înaltă pentru a crea o reacție chimică (Rae-Dupree, 2011). Acest lucru a făcut posibilă fermierilor să crească mai multă hrană, ceea ce la rândul său a făcut posibilă agricultura să sprijine o populație mai mare. Mulți consideră că procesul Haber-Bosch este responsabil pentru explozia actuală a populației de pe Pământ ca fiind „aproximativ jumătate din proteine ​​la oamenii de astăzi originare cu azot fixat prin procesul Haber-Bosch” (Rae-Dupree, 2011).

Istoria și dezvoltarea procesului Haber-Bosch

Până în perioada de industrializare, populația umană a crescut considerabil și, prin urmare, a fost necesară creșterea producției de cereale și a început agricultura în zone noi precum Rusia, America și Australia (Morrison, 2001). Pentru a face culturile mai productive în aceste și alte zone, fermierii au început să caute modalități de a adăuga azot în sol, iar utilizarea gunoiului de grajd și mai târziu guano și nitrați fosili au crescut.

La sfârșitul anilor 1800 și începutul anilor 1900, oamenii de știință, în principal chimiști, au început să caute modalități de a dezvolta îngrășăminte prin fixarea artificială a azotului, cum fac legumele în rădăcinile lor. La 2 iulie 1909, Fritz Haber a produs un flux continuu de amoniac lichid din gazele de hidrogen și azot care au fost introduse într-un tub fierbinte sub presiune, deasupra unui catalizator metal osmiu (Morrison, 2001). A fost prima dată când cineva a putut să dezvolte amoniac în acest mod.

Ulterior, Carl Bosch, metalurgist și inginer, a lucrat la perfecționarea acestui proces de sinteză a amoniacului, astfel încât să poată fi folosit la scară mondială. În 1912, a început construcția unei fabrici cu o capacitate de producție comercială la Oppau, Germania. Instalația era capabilă să producă o tonă de amoniac lichid în cinci ore și până în 1914 planta producea 20 de tone de azot utilizabil pe zi (Morrison, 2001).

Odată cu începutul Primului Război Mondial, producția de azot pentru îngrășăminte la uzină s-a oprit și fabricația a trecut la cea a explozivilor pentru războiul în tranșe. O a doua fabrică s-a deschis ulterior în Saxonia, Germania pentru a sprijini efortul de război. La sfârșitul războiului ambele plante au revenit la producerea de îngrășăminte.

Cum funcționează procesul Haber-Bosch

Procedeul funcționează astăzi la fel cum a făcut-o inițial prin utilizarea unei presiuni extrem de ridicate pentru a forța o reacție chimică. Funcționează prin fixarea azotului din aer cu hidrogen din gazul natural pentru a produce amoniac (diagrama). Procesul trebuie să folosească presiune înaltă, deoarece moleculele de azot sunt ținute împreună cu legături triple puternice. Procesul Haber-Bosch utilizează un catalizator sau un recipient din fier sau ruteniu, cu o temperatură interioară de peste 800 F (426 C) și o presiune de aproximativ 200 de atmosfere pentru a forța azotul și hidrogenul împreună (Rae-Dupree, 2011). Elementele se deplasează apoi din catalizator și în reactoare industriale unde elementele sunt în cele din urmă transformate în amoniac fluid (Rae-Dupree, 2011). Amoniacul fluid este apoi utilizat pentru a crea îngrășăminte.

Astăzi, îngrășămintele chimice contribuie la aproximativ jumătate din azotul introdus în agricultura globală, iar acest număr este mai mare în țările dezvoltate.

Creșterea populației și procesul Haber-Bosch

Astăzi, locurile cu cea mai mare cerere pentru aceste îngrășăminte sunt și locurile în care populația lumii crește cel mai rapid. Unele studii arată că aproximativ „80% din creșterea globală a consumului de îngrășăminte cu azot între 2000 și 2009 a venit din India și China” (Mingle, 2013).

În ciuda creșterii în cele mai mari țări din lume, creșterea mare a populației la nivel global de la dezvoltarea procesului Haber-Bosch arată cât de importantă a fost schimbările în populația globală.

Alte impacturi și viitorul procesului Haber-Bosch

Procesul actual de fixare a azotului nu este, de asemenea, complet eficient și se pierde o cantitate mare după ce este aplicată pe câmpuri din cauza scurgerii când plouă și a unei gaze naturale, deoarece se află pe câmpuri. Crearea sa este de asemenea extrem de consumatoare de energie datorită presiunii la temperatură ridicată necesară pentru a rupe legăturile moleculare ale azotului. Oamenii de știință lucrează în prezent pentru a dezvolta modalități mai eficiente de a finaliza procesul și de a crea modalități mai ecologice pentru a sprijini agricultura lumii și creșterea populației.