Преглед на процеса Хабер-Бош

Най- Процес Хабер-Бош е процес, който фиксира азота с водород за получаване на амоняк - критична част при производството на растителни торове. Процесът е разработен в началото на 1900 г. от Фриц Хабер и по-късно е модифициран, за да се превърне в промишлен процес за производство на торове от Карл Бош. Процесът Хабер-Бош се счита от много учени и учени като един от най-важните технологични постижения на 20-ти век.

Процесът Хабер-Бош е изключително важен, тъй като той е първият от разработените процеси, които позволяват на хората да произвеждат масово растителни торове поради производството на амоняк. Това беше и един от първите индустриални процеси, разработени за използване на високо налягане за създаване на химическа реакция (Рей-Дюпри, 2011). Това даде възможност на фермерите да отглеждат повече храна, което от своя страна го направи възможно селско стопанство за подпомагане на по-голямо население. Мнозина считат, че процесът Хабер-Бош е отговорен за земното течение експлозия на населението

Към периода на индустриализация човешкото население е нараснало значително и в резултат на това е необходимо да се увеличи производството на зърно и земеделието да започне в нови области като Русия, Америка и Австралия (Морисън, 2001). За да направят културите по-продуктивни в тези и други области, фермерите започнаха да търсят начини за добавяне на азот в почвата, а използването на оборски тор и по-късно гуано и изкопаеми нитрати нараства.

В края на 1800-те и началото на 1900-те учените, главно химиците, започват да търсят начини за разработване на торове, като изкуствено фиксират азот, както бобовите растения в корените си. На 2 юли 1909 г. Фриц Хабер произвежда непрекъснат поток от течен амоняк от водород и азот газове, които се подават в гореща желязна тръба под налягане върху осмиев метален катализатор (Morrison, 2001). За първи път някой успя да развие амоняк по този начин.

По-късно Карл Бош, металург и инженер, работи за усъвършенстването на този процес на синтез на амоняк, така че да може да се използва в световен мащаб. През 1912 г. в Опау, Германия започва строителството на завод с търговски производствен капацитет. Заводът е способен да произвежда тон течен амоняк за пет часа и до 1914 г. заводът е произвеждал 20 тона използваем азот на ден (Morrison, 2001).

С началото на Първата световна война, производството на азот за торове в завода е спряно и производството е преминало към това на експлозиви за окопна война. Второ предприятие по-късно отвори в Саксония, Германия, за да подкрепи военните усилия. В края на войната и двата растения се върнаха към производството на торове.

Процесът работи днес подобно на първоначалния, като се използва изключително високо налягане, за да предизвика химическа реакция. Той работи чрез фиксиране на азот от въздуха с водород от природен газ за получаване на амоняк (диаграма). Процесът трябва да използва високо налягане, тъй като азотните молекули се държат заедно със силни тройни връзки. Процесът Haber-Bosch използва катализатор или контейнер, изработен от желязо или рутений с вътрешна температура над 800 F (426 C) и налягане от около 200 атмосфери, за да форсират азот и водород заедно (Rae-Dupree, 2011). След това елементите се преместват от катализатора и в индустриални реактори, където елементите в крайна сметка се превръщат в течен амоняк (Rae-Dupree, 2011). След това течният амоняк се използва за създаване на торове.

Днес химическите торове допринасят за около половината от азота, пуснат в глобалното селско стопанство, а този брой е по-висок в развитите страни.

Днес местата с най-голямо търсене на тези торове също са местата, където световно население расте най-бързо. Някои проучвания показват, че около „80 процента от глобалното увеличение на потреблението на азотни торове между 2000 и 2009 г. идва от Индия и Китай“ (Mingle, 2013).

Въпреки растежа в най-големите страни в света, големият прираст на населението в световен мащаб след развитието на процеса Хабер-Бош показва колко важни са били промените в глобалния население.

Настоящият процес на фиксиране на азот също не е напълно ефективен и се губи голямо количество след като се прилага към полета поради балотаж при дъжд и естествено обгазяване, докато седи полета. Създаването му също е изключително енергоемко поради високотемпературното налягане, необходимо за разрушаване на молекулните връзки на азота. В момента учените работят за разработването на по-ефективни начини за завършване на процеса и за създаване на по-благоприятни за околната среда начини за подпомагане на световното земеделие и нарастващото население.