Wat is het Haber-Bosch-proces?

Het Haber-Bosch-proces, of eenvoudig het Haber-proces, is een procedure die wordt gebruikt bij de grootschalige productie van ammoniak. Dit proces is genoemd naar Fritz Haber en Carl Bosch, de twee Duitse chemici die het proces in het begin van de 20e eeuw hebben uitgevonden. Het Haber-Bosch-proces is ontwikkeld ter vervanging van de minder efficiënte methoden die eerder werden gebruikt bij de productie van ammoniak zoals het Frank-Caro-proces. Tegenwoordig wordt het Haber-Bosch-proces voornamelijk gebruikt bij de productie van de ammoniak die wordt gebruikt in kunstmest, in tegenstelling tot de jaren waarin de uitvinding werd toegepast om ammoniak te leveren voor explosieven die in de eerste oorlog werden gebruikt.

Achtergrond

Het Haber-Bosch-proces is uitgevonden om aan de hoge eisen van ammoniak in de 19e eeuw te voldoen. De vraag naar ammoniak nam toe vanwege de vraag naar meststoffen en de productie van veevoeder. Aan het begin van de 20e eeuw besloot Haber om met een alternatieve methode te komen om de vraag naar ammoniak te ondersteunen. Haber Fritz bedacht samen met zijn assistent een proces dat het gebruik van katalysatoren en een apparaat onder hoge druk vereiste. Het demonstratieproces was kleinschalig op laboratoriumniveau. Het demonstratieproces vond plaats in de zomer van 1909. Ammonia werd gegenereerd als druppels met een snelheid van 125 ml per uur. Dit proces kreeg erkenning en werd gekocht door BASF, een in Duitsland gevestigd chemisch bedrijf. Carl Bosch kreeg de taak om ervoor te zorgen dat het proces werd opgewaardeerd tot een industrieel niveau, wat hij met succes deed in 1910. De grootschalige productie van ammoniak begon in 1913 in de Oppau-fabriek die eigendom was van BASF. De fabriek vermenigvuldigde de productie van ammoniak die in 1914 20 ton per dag trof. Het Haber-Bosch-proces was een aanwinst voor Duitsland tijdens de Eerste Wereldoorlog. Haber won een Nobelprijs in 1913 en Bosch won dezelfde prijs in 1931.

Het proces

Ammoniak wordt gevormd door een proces waarbij stikstof en waterstof worden omgezet. Het proces vindt plaats bij temperaturen tussen 400 en 500 graden Celsius. Stikstof- en waterstofgassen worden over katalysatoren gevoerd, met constante temperatuurregelingen om het evenwicht stabiel te houden. De gassen worden over vier reeksen katalysatoren gevoerd. Bij elke set reageert ongeveer 15% gas om ammoniak te vormen. De gassen die niet hebben gereageerd, worden keer op keer door de katalysatoren geleid. Uiteindelijk heeft bijna 97% van de gassen gereageerd. Stikstof is niet reactief vanwege de sterke drievoudige bindingen die de moleculen bij elkaar houden. Om ervoor te zorgen dat het reageert met waterstof, zijn hoge temperaturen en katalysatoren vereist. De waterstof die wordt gebruikt in het Haber-Bosch-proces wordt voornamelijk gewonnen uit methaan. Om waterstof uit methaan te krijgen, wordt een stoomreformeringsproces uitgevoerd waarbij het gas onder hoge temperaturen en druk en een nikkelkatalysator wordt gebracht. Om de productiesnelheid te verhogen, wordt vaak ammoniak geproduceerd uit het systeem verwijderd. De algemeen gebruikte katalysatoren in het Haber-proces omvatten de op ijzer gebaseerde katalysatoren, uranium en osmium.

Economische en milieuaspecten

Nadat het Haber-Bosch-proces was uitgevonden, moest het concurreren met het Cyanamide-proces. Het Cyanamide-proces was niet effectief omdat het grote hoeveelheden energie en arbeid gebruikte. Het Haber-proces is geïntensiveerd tot een niveau dat jaarlijks leidt tot de productie van ongeveer 450 miljoen ton stikstofhoudende meststoffen. De grote productie van meststoffen heeft ertoe geleid dat grote stukken land onder landbouw zijn gebracht. Ammoniak-meststof heeft de landbouwopbrengsten en de overvloedige voedselvoorziening verhoogd, wat heeft geleid tot een toename van de bevolkingsgroei.

Aanbevolen

Wanneer kreeg Chili onafhankelijkheid van Spanje?
2019
Wat is bodemkunde?
2019
De kortste heersende Romeinse keizers van de vorstentijd
2019