Haber-Bosch-processen, som ibland kallas 20-talets viktigaste tekniska framsteg, möjliggör ekonomisk masssyntes av ammoniak (NH3) från kväve och väte. Den utvecklades lite före första världskriget av Fritz Haber och Carl Bosch, som var tyska kemister. Haber vann Nobelpriset i kemi 1918 för sina upptäckter, och Bosch delade ett Nobelpris med Friedrich Bergius 1931 för sitt arbete med kemiska högtrycksreaktioner. En tysk nationell hemlighet till en början spred sig kemin och teknikerna bakom den effektiva syntesen av ammoniak till resten av världen under 1920- och 1930-talen.
Högt tryck, höga temperaturer
Ammoniak är viktigt eftersom det är den primära ingrediensen i konstgödsel, utan vilken modern jordbruksskörd skulle vara omöjlig. Haber-Bosch-processen, som ibland kallas Haber-ammoniakprocessen, var den första industriella kemiska processen som använde extremt höga tryck: 200-400 atmosfärer. Förutom höga tryck använder processen också höga temperaturer på cirka 750°-1,200° Fahrenheit (cirka 400°-650° Celsius). Reaktionens effektivitet är en funktion av tryck och temperatur; högre utbyten produceras vid högre tryck och lägre temperaturer inom det nödvändiga området.
historik
Under 20-talets första decennium undersöktes den artificiella syntesen av nitrater på grund av farhågor om att världens tillgång på fixerat kväve minskade snabbt i förhållande till efterfrågan. Kväve i dess inaktiva, atmosfäriska gasform är mycket rikligt, men jordbruksmässigt användbara ”fasta” kväveföreningar var svårare att få tag på vid den tiden. Jordbruksverksamhet kräver stora mängder fixerat kväve för att ge goda skördar. I början av 20-talet var alla världens utvecklade länder tvungna att massimportera nitrater från den största tillgängliga källan – salpeter (NaNO3) från Chile – och många forskare var oroliga över den minskande tillgången på kväveföreningar.
Haber-Bosch-processen gav en lösning på bristen på fixerat kväve. Genom att använda extremt höga tryck och en katalysator som mestadels består av järn, gjordes kritiska kemikalier som används i både produktionen av gödningsmedel och sprängämnen mycket tillgängliga för Tyskland, vilket gjorde det möjligt för landet att fortsätta kämpa i första världskriget. Som Haber-Bosch-processen grenade ut i global användning, blev det det primära förfarandet som var ansvarigt för produktionen av kemiska gödningsmedel.
Nuvarande produktion
I början av 21-talet användes Haber-Bosch-processen för att producera mer än 500 miljoner ton (453 miljarder kilogram) konstgödsel per år. Cirka 1 procent av världens energi användes för att producera den, och den upprätthöll cirka 40 procent av jordens befolkning.