Procesul Haber-Bosch este un proces care fixează azotul cu hidrogen pentru a produce amoniac - o parte critică în fabricarea îngrășămintelor vegetale. Procesul a fost dezvoltat la începutul anilor 1900 de Fritz Haber și a fost ulterior modificat pentru a deveni un proces industrial de fabricare a îngrășămintelor de către Carl Bosch. Procesul Haber-Bosch este considerat de mulți oameni de știință și savanți drept unul dintre cele mai importante progrese tehnologice ale secolului XX.
Procesul Haber-Bosch este extrem de important, deoarece a fost primul dintre procesele dezvoltate care au permis oamenilor să producă în masă îngrășăminte vegetale datorită producției de amoniac. De asemenea, a fost unul dintre primele procese industriale dezvoltate pentru a utiliza o presiune înaltă pentru a crea o reacție chimică (Rae-Dupree, 2011). Acest lucru a făcut posibil pentru fermieri să crească mai multe produse alimentare, care, la rândul său, a făcut posibilă agricultură pentru a sprijini o populație mai mare. Mulți consideră că procesul Haber-Bosch este responsabil pentru curentul Pământului
explozie de populație deoarece „aproximativ jumătate din proteine la omul de astăzi își au originea cu azot fixat prin procesul Haber-Bosch” (Rae-Dupree, 2011).Istoria și dezvoltarea procesului Haber-Bosch
Până în perioada industrializare populația umană a crescut considerabil și, în consecință, a fost necesară creșterea producției de cereale și a început agricultura în noi zone precum Rusia, America și Australia (Morrison, 2001). Pentru a face culturile mai productive în aceste și alte zone, fermierii au început să caute modalități de a adăuga azot în sol și a crescut utilizarea gunoiului de grajd și, mai târziu, guano și nitrați fosili.
La sfârșitul anilor 1800 și începutul anilor 1900, oamenii de știință, în principal chimiști, au început să caute modalități de a dezvolta îngrășăminte prin fixarea artificială a azotului, cum fac legumele în rădăcinile lor. La 2 iulie 1909, Fritz Haber a produs un flux continuu de amoniac lichid din hidrogen și azot gaze care au fost introduse într-un tub fierbinte sub presiune, deasupra unui catalizator metal osmiu (Morrison, 2001). A fost prima dată când cineva a putut să dezvolte amoniac în acest mod.
Ulterior, Carl Bosch, metalurgist și inginer, a lucrat la perfecționarea acestui proces de sinteză a amoniacului, astfel încât să poată fi folosit la scară mondială. În 1912, a început construcția unei fabrici cu o capacitate de producție comercială la Oppau, Germania. Instalația era capabilă să producă o tonă de amoniac lichid în cinci ore și până în 1914 planta producea 20 de tone de azot utilizabil pe zi (Morrison, 2001).
Odată cu începutul Primul Război Mondial, producția de azot pentru îngrășăminte la uzină s-a oprit și fabricarea a trecut la cea a explozivilor pentru războiul în tranșee. O a doua fabrică s-a deschis ulterior în Saxonia, Germania pentru a sprijini efortul de război. La sfârșitul războiului ambele plante au revenit la producerea de îngrășăminte.
Cum funcționează procesul Haber-Bosch
Procedeul funcționează astăzi la fel cum a făcut-o inițial prin utilizarea unei presiuni extrem de ridicate pentru a forța o reacție chimică. Funcționează prin fixarea azotului din aer cu hidrogen din gazul natural pentru a produce amoniac (diagramă). Procesul trebuie să folosească presiune înaltă, deoarece moleculele de azot sunt ținute împreună cu legături triple puternice. Procedeul Haber-Bosch folosește un catalizator sau un recipient din fier sau ruteniu cu o temperatură interioară de peste 800 F (426 C) și o presiune de aproximativ 200 de atmosfere pentru a forța azotul și hidrogenul împreună (Rae-Dupree, 2011). Elementele se deplasează apoi din catalizator și în reactoare industriale unde elementele sunt în cele din urmă transformate în amoniac fluid (Rae-Dupree, 2011). Amoniacul fluid este apoi utilizat pentru a crea îngrășăminte.
Astăzi, îngrășămintele chimice contribuie la aproximativ jumătate din azotul introdus în agricultura globală, iar acest număr este mai mare în țările dezvoltate.
Creșterea populației și procesul Haber-Bosch
Astăzi, locurile cu cea mai mare cerere pentru aceste îngrășăminte sunt și locurile unde populația lumii crește cel mai rapid. Unele studii arată că aproximativ „80% din creșterea globală a consumului de îngrășăminte cu azot între 2000 și 2009 a venit din India și China” (Amesteca, 2013).
În ciuda creșterii în cele mai mari țări ale lumii, creșterea populației mari la nivel global de la data de dezvoltarea procesului Haber-Bosch arată cât de importantă a fost schimbările la nivel global populație.
Alte impacturi și viitorul procesului Haber-Bosch
De asemenea, procesul actual de fixare a azotului nu este complet eficient și se pierde o cantitate mare după ce este aplicat pe câmpuri datorită scurgerii când plouă și o gazare naturală în timp ce se află câmpuri. Crearea sa este de asemenea extrem de consumatoare de energie datorită presiunii la temperatură ridicată necesară pentru a rupe legăturile moleculare ale azotului. Oamenii de știință lucrează în prezent pentru a dezvolta modalități mai eficiente de a finaliza procesul și de a crea modalități mai ecologice pentru a sprijini agricultura lumii și populația în creștere.