Het Haber-Bosch Proces: Revolutie in Ammoniaksynthese

Soms wel het belangrijkste technologische vooruitgang van de 20e eeuw genoemd, stelt het Haber-Bosch proces de economische massasynthese van ammonia (NH3) uit stikstof en waterstof mogelijk. Het werd kort voor de Eerste Wereldoorlog ontwikkeld door Fritz Haber en Carl Bosch, die Duitse chemici waren. Haber won de Nobelprijs voor de Scheikunde in 1918 voor zijn ontdekkingen, en Bosch deelde een Nobelprijs met Friedrich Bergius in 1931 voor zijn werk aan chemische reacties onder hoge druk. Een Duits nationaal geheim aanvankelijk, verspreidden de chemie en technieken achter de effectieve synthese van ammonia zich naar de rest van de wereld tijdens de jaren '20 en '30.

Hoge Druk, Hoge Temperaturen

Ammonia is belangrijk omdat het het primaire ingrediënt is in kunstmeststoffen, zonder welke moderne landbouwopbrengsten onmogelijk zouden zijn. Soms het Haber-ammoniaproces genoemd, was het Haber-Bosch proces het eerste industriële chemische proces dat gebruikmaakte van extreme hoge druk: 200-400 atmosferen. Naast hoge druk gebruikt het proces ook hoge temperaturen van ongeveer 750°-1.200° Fahrenheit (ongeveer 400°-650° Celsius). De efficiëntie van de reactie is een functie van druk en temperatuur; hogere opbrengsten worden geproduceerd bij hogere druk en lagere temperaturen binnen de benodigde range.

Historische Context

Tijdens het eerste decennium van de 20e eeuw werd de kunstmatige synthese van nitraten onderzocht vanwege vrees dat de wereldvoorraad van gebonden stikstof snel daalde ten opzichte van de vraag. Stikstof in zijn inactieve, atmosferische gasvorm is zeer rijkelijk aanwezig, maar landbouwkundig bruikbare "gebonden" stikstofverbindingen waren op dat moment moeilijker te bekomen. Landbouwbedrijven vereisen grote hoeveelheden gebonden stikstof om goede opbrengsten te produceren. Aan het begin van de 20e eeuw waren alle ontwikkelde landen verplicht om massaal nitraten te importeren van de grootste beschikbare bron — salpeter (NaNO3) uit Chili — en veel wetenschappers maakten zich zorgen over de dalende voorraad aan stikstofverbindingen.

Het Haber-Bosch proces bood een oplossing voor de tekortkoming aan gebonden stikstof. Door gebruik te maken van extreme hoge druk en een katalysator bestaande voornamelijk uit ijzer, werden kritische chemicaliën gebruikt in zowel de productie van meststoffen als explosieven hoogst toegankelijk voor Duitsland, wat het mogelijk maakte voor dat land om te blijven vechten in de Eerste Wereldoorlog. Naarmate het Haber-Bosch proces wereldwijd in gebruik werd genomen, werd het de primaire procedure verantwoordelijk voor de productie van chemische meststoffen.

Huidige Productie

In het begin van de 21e eeuw werd het Haber-Bosch proces gebruikt om meer dan 500 miljoen ton (453 miljard kilogram) kunstmeststof per jaar te produceren. Ongeveer 1 procent van de wereldenergie werd gebruikt om het te produceren, en het onderhield ongeveer 40 procent van de aardbevolking.