Oversikt over Haber-Bosch-prosessen

De Haber-Bosch-prosessen er en prosess som fikser nitrogen med hydrogen for å produsere ammoniakk - en kritisk del i produksjonen av plantegjødsel. Prosessen ble utviklet på begynnelsen av 1900-tallet av Fritz Haber og ble senere modifisert til å bli en industriell prosess for å lage gjødsel av Carl Bosch. Haber-Bosch-prosessen blir av mange forskere og forskere betraktet som en av de viktigste teknologiske fremskrittene i det 20. århundre.

Haber-Bosch-prosessen er ekstremt viktig fordi den var den første av prosessene som ble utviklet som tillot folk å masseprodusere plantegjødsel på grunn av produksjonen av ammoniakk. Det var også en av de første industrielle prosessene som ble utviklet for å bruke høyt trykk for å skape en kjemisk reaksjon (Rae-Dupree, 2011). Dette gjorde det mulig for bønder å dyrke mer mat, noe som igjen gjorde det mulig for jordbruk for å støtte en større befolkning. Mange anser Haber-Bosch-prosessen som ansvarlig for jordens strøm befolkningseksplosjon ettersom "omtrent halvparten av proteinet i dagens mennesker oppsto med nitrogen festet gjennom Haber-Bosch-prosessen" (Rae-Dupree, 2011).

Etter perioden av industrialisering den menneskelige befolkningen hadde vokst betraktelig, og som et resultat var det behov for å øke kornproduksjonen og jordbruket startet i nye områder som Russland, Amerika og Australia (Morrison, 2001). For å gjøre avlinger mer produktive i disse og andre områder, begynte bøndene å lete etter måter å tilsette nitrogen i jorda, og bruken av husdyrgjødsel og senere guano og fossilnitrat vokste.

På slutten av 1800-tallet og begynnelsen av 1900-tallet begynte forskere, hovedsakelig kjemikere, å lete etter måter å utvikle gjødsel ved kunstig å fikse nitrogen slik belgfrukter gjør i røttene sine. 2. juli 1909 produserte Fritz Haber en kontinuerlig flyt av flytende ammoniakk fra hydrogen og nitrogen gasser som ble ført inn i et varmt, presset jernrør over en osmiummetallkatalysator (Morrison, 2001). Det var første gang noen klarte å utvikle ammoniakk på denne måten.

Senere arbeidet Carl Bosch, en metallurg og ingeniør, for å perfeksjonere denne prosessen med ammoniakksyntese slik at den kunne brukes i hele verden. I 1912 begynte byggingen av et anlegg med kommersiell produksjonskapasitet i Oppau, Tyskland. Anlegget var i stand til å produsere massevis av flytende ammoniakk på fem timer, og i 1914 produserte anlegget 20 tonn brukbart nitrogen per dag (Morrison, 2001).

Med starten av første verdenskrig, stoppet produksjonen av nitrogen til gjødsel ved anlegget, og produksjonen gikk over til eksplosivstoff for grøftekrigføring. Et annet anlegg åpnet senere i Sachsen, Tyskland for å støtte krigsinnsatsen. På slutten av krigen gikk begge plantene tilbake til produksjon av gjødsel.

Prosessen fungerer i dag omtrent som den opprinnelig gjorde ved å bruke ekstremt høyt trykk for å tvinge en kjemisk reaksjon. Det fungerer ved å fikse nitrogen fra luften med hydrogen fra naturgass for å produsere ammoniakk (diagram). Prosessen må bruke høyt trykk fordi nitrogenmolekyler holdes sammen med sterke trippelbindinger. Haber-Bosch-prosessen bruker en katalysator eller beholder laget av jern eller rutenium med en innetemperatur på over 800 F (426 C) og et trykk på rundt 200 atmosfærer for å tvinge nitrogen og hydrogen sammen (Rae-Dupree, 2011). Elementene beveger seg deretter ut av katalysatoren og inn i industrielle reaktorer der elementene til slutt omdannes til flytende ammoniakk (Rae-Dupree, 2011). Den flytende ammoniakk brukes deretter til å lage gjødsel.

I dag bidrar kjemisk gjødsel til omtrent halvparten av nitrogenet som blir satt i det globale jordbruket, og dette tallet er høyere i utviklede land.

I dag er også stedene med mest etterspørsel etter disse gjødsel stedene verdens befolkning vokser raskest. Noen studier viser at omtrent "80 prosent av den globale økningen i forbruk av nitrogengjødsel mellom 2000 og 2009 kom fra India og Kina" (Mingle, 2013).

Til tross for veksten i verdens største land, var den store befolkningsveksten globalt siden utvikling av Haber-Bosch-prosessen viser hvor viktig det har vært for endringer i det globale befolkning.

Den nåværende prosessen med nitrogenfiksering er heller ikke fullstendig effektiv, og en stor mengde går tapt etter at den er påført felt på grunn av avrenning når det regner og en naturlig gassing av når den sitter i Enger. Opprettelsen er også ekstremt energikrevende på grunn av det høye temperaturtrykket som trengs for å bryte nitrogenens molekylære bindinger. Forskere jobber for tiden for å utvikle mer effektive måter å fullføre prosessen og å skape mer miljøvennlige måter som støtter verdens landbruk og voksende befolkning.