Ülevaade Haber-Boschi protsessist

Haber-Boschi protsess on protsess, mis fikseerib lämmastiku vesinikuga ammoniaagi saamiseks - kriitiliseks osaks taimeväetiste tootmisel. Protsessi töötas välja 1900. aastate alguses Fritz Haber ja hiljem muudeti seda tööstuslikuks protsessiks väetiste tootmiseks Carl Boschi poolt. Paljud teadlased ja teadlased peavad Haber-Boschi protsessi üheks 20. sajandi kõige olulisemaks tehnoloogiliseks arenguks.

Haber-Boschi protsess on äärmiselt oluline, kuna see oli esimene välja töötatud protsessidest, mis võimaldas ammoniaagi tootmisel inimestel massiliselt toota taimeväetisi. See oli ka üks esimesi tööstusprotsesse, mis töötati välja kõrge rõhu abil keemilise reaktsiooni tekitamiseks (Rae-Dupree, 2011). See võimaldas põllumeestel rohkem toitu kasvatada, mis omakorda võimaldas seda põllumajandus suurema elanikkonna toetamiseks. Paljud peavad Haber-Boschi protsessi vastutavaks Maa voolu eest elanikkonna plahvatus kuna "umbes pooled tänapäeva inimeste valkudest pärinevad lämmastiku kaudu, mis on fikseeritud Haber-Boschi protsessi kaudu" (Rae-Dupree, 2011).

Perioodiks industrialiseerimine inimeste arv oli märkimisväärselt kasvanud ja selle tagajärjel oli vaja suurendada teraviljatoodangut ning põllumajandust hakati looma uutes piirkondades nagu Venemaa, Ameerika ja Austraalia (Morrison, 2001). Nendes ja teistes piirkondades põllukultuuride tootlikumaks muutmiseks hakkasid põllumehed otsima võimalusi, kuidas mulda lämmastikku lisada, ning sõnniku, hiljem guaano ja fossiilnitraadi kasutamine kasvas.

1800. aastate lõpus ja 1900. aastate alguses hakkasid teadlased, peamiselt keemikud, otsima võimalusi väetiste väljatöötamiseks, kinnitades kunstlikult lämmastikku viisil, mida kaunviljad oma juurtes teevad. 2. juulil 1909 tootis Fritz Haber pidevat vedela ammoniaagi voolu vesinikust ja lämmastikust gaasid, mis juhiti kuuma rõhu all olevasse raudtorusse osmiummetallkatalüsaatori kohal (Morrison, 2001). See oli esimene kord, kui keegi suutis ammoniaaki sel viisil arendada.

Hiljem töötas metallurg ja insener Carl Bosch selle ammoniaagi sünteesi protsessi täiustamiseks, et seda saaks kasutada kogu maailmas. 1912. aastal alustati Saksamaal Oppaus kaubandusliku tootmisvõimsusega tehase ehitamist. Tehas oli võimeline tootma viie tunni jooksul tonni vedelat ammoniaaki ja 1914. aastaks tootis taim 20 tonni kasutatavat lämmastikku päevas (Morrison, 2001).

Aasta algusega Esimene maailmasõda, lämmastiku tootmine väetiste tootmiseks tehases peatati ja tootmine vahetati kraavisõja jaoks lõhkeainete tootmiseks. Sõjapüüdluste toetamiseks avati hiljem Saksamaal Saksimaal teine ​​tehas. Sõja lõpus läksid mõlemad taimed tagasi väetiste tootmisele.

Protsess toimib täna palju nagu algselt, kasutades keemilise reaktsiooni sundimiseks äärmiselt kõrget rõhku. See toimib, kinnitades õhust lämmastikku maagaasist pärit vesinikuga, et tekitada ammoniaaki (diagramm). Protsess peab kasutama kõrgsurvet, kuna lämmastiku molekulid hoitakse koos tugevate kolmiksidemetega. Haber-Boschi protsessis kasutatakse rauast või ruteeniumist valmistatud katalüsaatorit või mahutit, mille sisetemperatuur on üle 800 F (426 C) ja rõhk umbes 200 atmosfääri, et suruda lämmastikku ja vesinikku koos (Rae-Dupree, 2011). Seejärel liiguvad elemendid katalüsaatorist välja tööstusreaktoritesse, kus need muundatakse lõpuks vedelaks ammoniaagiks (Rae-Dupree, 2011). Seejärel kasutatakse vedelat ammoniaaki väetiste valmistamiseks.

Tänapäeval annavad keemilised väetised umbes poole kogu põllumajandusesse suunatavast lämmastikust ning arenenud riikides on see arv suurem.

Tänapäeval on need väetised kõige enam nõudnud kohti, kus maailma elanikkonnast kasvab kõige kiiremini. Mõni uuring näitab, et umbes 80 protsenti lämmastikväetiste tarbimise suurenemisest maailmas aastatel 2000–2009 tuli Indiast ja Hiinast ()Mingle, 2013).

Vaatamata kasvule maailma suurimates riikides, on rahvastiku kasv maailmas alates 2003. Aastast suur Haber-Boschi protsessi areng näitab, kui oluline on olnud globaalsete muutuste teke elanikkond.

Ka praegune lämmastiku fikseerimise protsess pole täielikult efektiivne ja suur kogus on kadunud pärast seda, kui põllule on sademete tõttu äravoolu sattunud, ja looduslik gaas eraldub sisse istudes väljad. Selle loomine on ka lämmastiku molekulaarsidemete purunemiseks vajaliku kõrge temperatuurirõhu tõttu äärmiselt energiamahukas. Teadlased töötavad praegu selle nimel, et töötada välja tõhusamad viisid protsessi lõpuleviimiseks ja keskkonnasõbralikumate viiside loomiseks, mis toetaksid maailma põllumajandust ja kasvavat elanikkonda.