Qual è il processo Haber-Bosch?
Il processo Haber-Bosch, o semplicemente il processo Haber, è una procedura utilizzata nella produzione su larga scala di ammoniaca. Questo processo prese il nome da Fritz Haber e Carl Bosch, i due chimici tedeschi che inventarono il processo all'inizio del XX secolo. Il processo Haber-Bosch è stato sviluppato per sostituire i metodi meno efficienti utilizzati in precedenza nella produzione di ammoniaca come il processo Frank-Caro. Oggi, il processo Haber-Bosch è usato principalmente nella produzione dell'ammoniaca usata nel fertilizzante, a differenza degli anni dell'invenzione quando veniva usato per fornire l'ammoniaca per gli esplosivi che furono usati nella prima guerra.
sfondo
Il processo Haber-Bosch è stato inventato per soddisfare le elevate esigenze di ammoniaca nel 19 ° secolo. La domanda di ammoniaca è aumentata a causa del suo fabbisogno di fertilizzanti e produzione di alimenti per animali. All'inizio del 20 ° secolo, Haber ha deciso di proporre un metodo alternativo per sostenere la domanda di ammoniaca. Haber Fritz, insieme al suo assistente, ha elaborato un processo che richiedeva l'uso di catalizzatori e un dispositivo ad alta pressione. Il processo di dimostrazione era su piccola scala a livello di laboratorio. Il processo di dimostrazione ebbe luogo nell'estate del 1909. L'ammoniaca fu generata come gocce ad una velocità di 125 ml all'ora. Questo processo è stato riconosciuto ed è stato acquistato da BASF, un'azienda chimica con sede in Germania. A Carl Bosch fu assegnato il compito di garantire che il processo fosse aggiornato a livello industriale, cosa che fece con successo nel 1910. La produzione su larga scala di ammoniaca iniziò nel 1913 nello stabilimento di Oppau, che era di proprietà di BASF. L'impianto moltiplicò la produzione di ammoniaca che raggiunse le 20 tonnellate al giorno nel 1914. Il processo di Haber-Bosch fu un vantaggio per la Germania durante la prima guerra mondiale. Haber vinse un premio Nobel nel 1913 e Bosch vinse lo stesso premio nel 1931.
Il processo
L'ammoniaca si forma attraverso un processo che coinvolge la reazione di azoto e idrogeno. Il processo si verifica a temperature comprese tra 400 e 500 gradi Celsius. Gas di azoto e idrogeno sono passati sui catalizzatori, con regolazioni di temperatura costanti per mantenere l'equilibrio costante. I gas vengono passati su quattro set di catalizzatori. Ad ogni set, circa il 15% di gas reagisce formando ammoniaca. I gas che non hanno reagito sono passati ancora e ancora attraverso i catalizzatori. Alla fine, quasi il 97% dei gas ha reagito. L'azoto non è reattivo a causa del forte triplo legame che tiene insieme le sue molecole. Per garantire che reagisca con l'idrogeno, sono necessarie alte temperature e catalizzatori. L'idrogeno utilizzato nel processo Haber-Bosch è principalmente acquisito da metano. Per ottenere l'idrogeno dal metano, viene eseguito il processo di reforming del vapore in cui il gas viene sottoposto a temperature e pressioni elevate e un catalizzatore di nichel. Per aumentare il tasso di produzione, l'ammoniaca prodotta viene spesso rimossa dal sistema. I catalizzatori comunemente utilizzati nel processo Haber includono i catalizzatori a base di ferro, l'uranio e l'osmio.
Aspetti economici e ambientali
Dopo che il processo Haber-Bosch è stato inventato, doveva competere con il processo di cianammide. Il processo cianamidico era inefficace perché utilizzava grandi quantità di energia e manodopera. Il processo Haber si è intensificato a un livello che porta alla produzione di circa 450 milioni di tonnellate di fertilizzanti azotati all'anno. La grande produzione di fertilizzanti ha portato a grandi appezzamenti di terreno messi in agricoltura. Il fertilizzante per ammoniaca ha aumentato i raccolti agricoli e l'ampio approvvigionamento di cibo, portando ad un aumento dei tassi di crescita della popolazione.
