Pregled postopka Haber-Bosch

The Haber-Boshov postopek je postopek, ki dušik z vodikom fiksira, da nastane amonijak - ključni del pri proizvodnji rastlinskih gnojil. Proces je razvil Fritz Haber v zgodnjih devetdesetih letih 20. stoletja, kasneje pa ga je spremenil v industrijski postopek Carl Bosch za proizvodnjo gnojil. Postopek Haber-Bosch mnogi znanstveniki in znanstveniki ocenjujejo kot enega najpomembnejših tehnoloških dosežkov 20. stoletja.

Postopek Haber-Bosch je izredno pomemben, saj je bil prvi od razvitih procesov, ki so ljudem omogočili množično pridelavo rastlinskih gnojil zaradi proizvodnje amonijaka. Bil je tudi eden prvih industrijskih procesov, ki so uporabili visok tlak za ustvarjanje kemične reakcije (Rae-Dupree, 2011). To je kmetom omogočilo gojenje več hrane, kar je posledično omogočilo kmetijstvo za podporo večji populaciji. Mnogi menijo, da je proces Haber-Bosch odgovoren za zemeljski tok eksplozija prebivalstva kot "približno polovica beljakovin pri današnjih ljudeh izvira z dušikom, ki je bil določen s postopkom Haber-Bosch" (Rae-Dupree, 2011).

Do leta 2007 industrializacija človeška populacija se je znatno povečala, zato je bilo treba povečati proizvodnjo žita, kmetijstvo pa se je začelo na novih območjih, kot so Rusija, Amerika in Avstralija (Morrison, 2001). Da bi na teh in drugih območjih pridelki postali bolj produktivni, so kmetje začeli iskati načine, kako v zemljo vnesti dušik, porabila pa se je uporaba gnoja in kasneje gvan in fosilnih nitratov.

V poznih 1800 in začetku 1900-ih so znanstveniki, predvsem kemiki, začeli iskati načine za razvoj gnojil z umetnim fiksiranjem dušika, tako kot stročnice v svojih koreninah. 2. julija 1909 je Fritz Haber ustvaril stalen pretok tekočega amoniaka iz vodika in dušika plini, ki so se dovajali v vročo železno cev pod tlakom osmijevega kovinskega katalizatorja (Morrison, 2001). To je bilo prvič, da je kdo lahko razvil amoniak na tak način.

Kasneje je Carl Bosch, metalurg in inženir, delal na izpopolnjevanju tega procesa sinteze amoniaka, da bi ga lahko uporabljali v svetovnem merilu. Leta 1912 se je v Oppau v Nemčiji začela gradnja obrata s komercialno proizvodno zmogljivostjo. Obrat je bil sposoben proizvesti tono tekočega amoniaka v petih urah in do leta 1914 je proizvodil 20 ton uporabnega dušika na dan (Morrison, 2001).

Z začetkom leta 2003 Svetovno vojno, proizvodnja dušika za gnojila v tovarni se je ustavila in proizvodnja je prešla na eksplozive za jarek vojskovanje. Kasneje se je odprla druga tovarna na Saškem v Nemčiji za podporo vojnim prizadevanjem. Ob koncu vojne sta se oba obrata vrnili k proizvodnji gnojil.

Danes postopek deluje tako, kot je bil prvotno z uporabo izredno visokega tlaka, da bi silil kemično reakcijo. Deluje tako, da dušik iz zraka fiksira z vodikom iz zemeljskega plina, da proizvaja amonijak (diagram). Postopek mora uporabljati visok tlak, ker se molekule dušika držijo skupaj z močnimi trojnimi vezmi. V postopku Haber-Bosch se uporablja katalizator ali posoda iz železa ali rutenija z notranjo temperaturo nad 800 F (426 C) in tlak okoli 200 atmosfer, da bi skupaj silili dušik in vodik (Rae-Dupree, 2011). Elementi se nato premaknejo iz katalizatorja v industrijske reaktorje, kjer se elementi sčasoma pretvorijo v tekoči amonijak (Rae-Dupree, 2011). Tekoči amonijak se nato uporablja za ustvarjanje gnojil.

Danes kemična gnojila prispevajo približno polovico dušika, ki se daje v globalno kmetijstvo, in ta številka je večja v razvitih državah.

Danes so kraji, kjer je največ potreb po teh gnojilih, tudi kraji, kjer so svetovnega prebivalstva raste najhitreje. Nekatere študije kažejo, da je približno 80 odstotkov svetovnega povečanja porabe dušikovih gnojil med letoma 2000 in 2009 prišlo iz Indije in Kitajske “(Zmešajte, 2013).

Kljub rasti v največjih državah na svetu se je od takrat leta 2005 na svetovni ravni povečala velika rast prebivalstva Razvoj procesa Haber-Bosch kaže, kako pomembne so bile spremembe v svetu populacija.

Trenutni postopek fiksacije dušika prav tako ni popolnoma učinkovit, zato se izgubi velika količina potem ko se nanese na polja zaradi odtoka, ko dežuje, in naravno odstranjevanje plinov med sedenjem polja. Njegovo ustvarjanje je tudi izredno energijsko intenzivno zaradi visokega temperaturnega tlaka, potrebnega za pretrganje molekulskih vezi dušika. Znanstveniki trenutno delajo na razvoju učinkovitejših načinov za dokončanje postopka in ustvarjanju okolju prijaznejših načinov za podporo svetovnemu kmetijstvu in rastočemu prebivalstvu.