Haber-Bosch-procesinformatie

Persfoto's / Wikimedia Commons

Het Haber-proces of Haber-Bosch-proces is de primaire industriële methode die wordt gebruikt om ammoniak of stikstof fixeren . Het Haber-proces reageert stikstof- en waterstof gas om ammoniak te vormen:

N_twee+ 3 H_twee→ 2 NH₃(ΔH = −92,4 kJ·mol⁻¹)

Geschiedenis van het Haber-proces

Fritz Haber, een Duitse chemicus, en Robert Le Rossignol, een Britse chemicus, demonstreerde het eerste ammoniaksyntheseproces in 1909. Ze vormden ammoniak druppel voor druppel uit perslucht. De technologie bestond echter niet om de vereiste druk in dit tafelmodel uit te breiden tot commerciële productie. Carl Bosch, een ingenieur bij BASF, loste de technische problemen op die verband houden met de industriële ammoniakproductie. BASF's Duitse fabriek in Oppau begon in 1913 met de productie van ammoniak.

Hoe het Haber-Bosch-proces werkt

Het oorspronkelijke proces van Haber maakte ammoniak uit lucht. Het industriële Haber-Bosch-proces mengt stikstofgas en waterstofgas in een drukvat dat een speciale katalysator bevat om de reactie te versnellen. Vanuit thermodynamisch oogpunt begunstigt de reactie tussen stikstof en waterstof het product bij kamertemperatuur en druk, maar de reactie genereert niet veel ammoniak. De reactie is: exotherm ; bij verhoogde temperatuur en atmosferische druk gaat het evenwicht snel de andere kant op.

De katalysator en verhoogde druk zijn de wetenschappelijke magie achter het proces. De oorspronkelijke katalysator van Bosch was osmium, maar BASF koos al snel voor een goedkopere katalysator op ijzerbasis die nog steeds in gebruik is. Sommige moderne processen maken gebruik van een rutheniumkatalysator, die actiever is dan de ijzerkatalysator.

Hoewel Bosch oorspronkelijk water elektrolyseerde om waterstof te verkrijgen, gebruikt de moderne versie van het proces aardgas om methaan te verkrijgen, dat wordt verwerkt om waterstofgas te krijgen. Naar schatting gaat 3-5 procent van de wereldwijde aardgasproductie naar het Haber-proces.

De gassen gaan meerdere keren over het katalysatorbed, aangezien de omzetting naar ammoniak slechts ongeveer 15 procent per keer is. Aan het einde van het proces is ongeveer 97 procent omzetting van stikstof en waterstof in ammoniak bereikt.

Belang van het Haber-proces

Sommige mensen beschouwen het Haber-proces als de belangrijkste uitvinding van de afgelopen 200 jaar! De belangrijkste reden waarom het Haber-proces belangrijk is, is omdat ammoniak wordt gebruikt als plantenmest, waardoor boeren genoeg gewassen kunnen verbouwen om een ​​steeds groter wordende wereldbevolking te onderhouden. Het Haber-proces levert jaarlijks 500 miljoen ton (453 miljard kilogram) stikstofhoudende meststof, die naar schatting een derde van de mensen op aarde van voedsel voorziet.

Er zijn ook negatieve associaties met het Haber-proces. In de Eerste Wereldoorlog werd de ammoniak gebruikt om salpeterzuur te produceren voor de productie van munitie. Sommigen beweren dat de bevolkingsexplosie, ten goede of ten kwade, niet zou zijn gebeurd zonder het toegenomen voedsel dat beschikbaar was vanwege de kunstmest. Ook het vrijkomen van stikstofverbindingen heeft een negatieve impact op het milieu.

_Referenties

_{De aarde verrijken: Fritz Haber, Carl Bosch en de transformatie van de wereldvoedselproductie , Vaclav Smil (2001) ISBN 0-262-19449-X.}

_{US Environmental Protection Agency: menselijke verandering van de wereldwijde stikstofcyclus: oorzaken en gevolgen door Peter M. Vitousek, voorzitter, John Aber, Robert W. Howarth, Gene E. Likens, Pamela A. Matson, David W. Schindler, William H. Schlesinger en G. David Tilman}

_{Fritz Haber Biografie , Nobel e-Museum, teruggevonden op 4 oktober 2013.}