Az Haber-Bosch folyamat egy olyan folyamat, amely rögzíti a nitrogént hidrogénnel ammónia előállításához - kritikus része a növényi műtrágyák előállításában. A folyamatot az 1900-as évek elején fejlesztette ki Fritz Haber, majd később átalakították, hogy ipari folyamattá váljon a Carl Bosch műtrágya előállítására. Számos tudós és tudósító szerint a Haber-Bosch-folyamat a 20. század egyik legfontosabb technológiai fejlődése.
A Haber-Bosch eljárás rendkívül fontos, mivel ez volt az első olyan kifejlesztett eljárás, amely lehetővé tette az emberek számára, hogy az ammónia előállítása miatt tömegesen előállítsák növényi műtrágyákat. Ez volt az első olyan ipari folyamatok egyike is, amelyeket nagynyomású kémiai reakció létrehozására fejlesztettek ki (Rae-Dupree, 2011). Ez lehetővé tette a mezőgazdasági termelők számára, hogy több élelmet termeljenek, ami viszont lehetővé tette mezőgazdaság támogassa a nagyobb népességet. Sokan úgy vélik, hogy a Haber-Bosch folyamat felelős a Föld jelenlegi áramlásáért
népességrobbanás mivel "a mai emberben a fehérje körülbelül a fele a nitrogénből származik, amely a Haber-Bosch-folyamat révén rögzül" (Rae-Dupree, 2011).A Haber-Bosch folyamat története és fejlődése
Időszakra iparosítás az emberi népesség jelentősen növekedett, és ennek eredményeként fokozni kellett a gabonatermelést, és új területeken kezdődött a mezőgazdaság, például Oroszország, Amerika és Ausztrália (Morrison, 2001). Annak érdekében, hogy a növények termelékenyebbek legyenek ezen és más területeken, a gazdák elkezdték keresni a nitrogén talajhoz való hozzáadásának módjait, és a trágya, később a guano és a fosszilis nitrát felhasználása nőtt.
Az 1800-as évek végén és az 1900-as évek elején a tudósok, elsősorban vegyészek, megkezdték a műtrágyák kifejlesztésének módszereit azáltal, hogy a hüvelyeseknek a gyökérzetben mesterségesen nitrogénnel rögzítik a nitrogént. 1909. július 2-án a Fritz Haber folyamatos folyékony ammóniát áramolt hidrogénből és nitrogénből gázok, amelyeket egy forró, nyomás alatt álló vascsőbe betápláltak egy ozmium fémkatalizátoron keresztül (Morrison, 2001). Ez volt az első alkalom, hogy valaki így fejlesztette ki az ammóniát.
Később Carl Bosch, kohász és mérnök arra törekedett, hogy tökéletesítse az ammónia szintézis folyamatát, hogy világszerte felhasználható legyen. 1912-ben megkezdték a németországi Oppauban egy kereskedelmi termelési kapacitással rendelkező üzem építését. Az üzem öt órán belül tonna folyékony ammóniát tudott előállítani, és 1914-re a növény napi 20 tonna felhasználható nitrogént termel (Morrison, 2001).
A kezdettel Első Világháború, a műtrágyák nitrogéntermelése a gyárban leállt, és a gyártás átvált az árokharchoz használt robbanóanyagok termelésére. A második üzem később a németországi Szászországban nyílt meg a háborús erőfeszítések támogatására. A háború végén mindkét növény visszatért műtrágyák előállítására.
Hogyan működik a Haber-Bosch folyamat?
A folyamat ma hasonlóan működik, mint eredetileg rendkívül magas nyomással kémiai reakció kényszerítésére. Úgy működik, hogy a levegőből nitrogént a földgáz hidrogénnel rögzíti, ammóniát (diagram). A folyamatnak nagy nyomást kell alkalmaznia, mivel a nitrogénmolekulák erős hármas kötésekkel vannak tartva. A Haber-Bosch eljárásban vasból vagy ruténiumból készült katalizátort vagy tartályt használnak, amelynek belső hőmérséklete meghaladja a hőmérsékletet 800 F (426 C) és körülbelül 200 atmoszféra nyomás a nitrogén és a hidrogén együttes erőfeszítéséhez (Rae-Dupree, 2011). Az elemek ezután kikerülnek a katalizátorból és ipari reaktorokba, ahol az elemek végül folyékony ammóniává alakulnak (Rae-Dupree, 2011). A folyékony ammóniát ezután műtrágyák előállítására használják.
Manapság a vegyi műtrágyák hozzájárulnak a globális mezőgazdaságba juttatott nitrogén kb. Feléhez, és ez a szám magasabb a fejlett országokban.
A népesség növekedése és a Haber-Bosch-folyamat
Manapság azokon a helyeken, ahol ezekre a műtrágyákra van a legnagyobb igény, a a világ népessége növekszik a leggyorsabban. Egyes tanulmányok azt mutatják, hogy "a nitrogéntartalmú műtrágyák fogyasztásának körülbelül 80% -a 2000 és 2009 között Indiából és Kínából származott" (Keveredik, 2013).
Annak ellenére, hogy a világ legnagyobb országaiban növekszik, a népesség növekedése az egész világon óta nagy A Haber-Bosch folyamat fejlesztése megmutatja, mennyire fontos volt a globális változások népesség.
A Haber-Bosch folyamat további hatásai és jövője
A nitrogénrögzítés jelenlegi folyamata szintén nem teljesen hatékony, és nagy mennyiség elveszik miután kijuttatása miatt a mezőkre felhordták, és eső után természetes gáz keletkezik területeken. Létrehozása rendkívül energiaigényes a magas hőmérsékleti nyomás miatt, amely a nitrogén molekuláris kötéseinek megbontásához szükséges. A tudósok jelenleg a folyamat befejezésének hatékonyabb módszerein és a környezetbarátabb módszerek kidolgozásán dolgoznak, amelyek támogatják a világ mezőgazdaságát és a növekvő népességet.