Co je syntéza amoniaku?

Syntéza amoniaku je výroba amoniaku z kombinace vodíkových a dusíkových plynů. Většina vyrobeného amoniaku se používá jako hnojivo, ačkoli může být použita pro jiné účely, například pro výrobu výbušnin. Tento proces byl vyvinut v Německu na počátku 20. století.

Atmosféra je plná plynného dusíku, ale je nereaktivní a obvykle se nekombinuje s jinými prvky. Základní strategií výroby amoniaku, NH3, je kombinovat plynný vodík, H2, s plynným dusíkem, N2, při vysoké teplotě a pod vysokým tlakem. Z chemického hlediska je to obtížná reakce, takže k urychlení procesu je zapotřebí činidlo.

Katalyzátor je sloučenina, která urychluje reakci. Při syntéze amoniaku se jako katalyzátor obvykle používá železo. Použitým typem železa je redukovaná magnetitová ruda . Jako katalyzátory lze použít i jiné chemikálie, ale železo je nejběžnější.

Zdrojem vodíku je obvykle zemní plyn, známý také jako metan, CH4. Popisuje základní proces syntézy amoniaku. V závodě na syntézu amoniaku probíhá mnoho dalších kroků. Sloučeniny síry jsou nejprve odstraněny ze zemního plynu reakcí s oxidem zinečnatým, který je přeměněn na sulfid zinečnatý. Tím se získá volný metan, který prochází několika dalšími transformacemi za vzniku plynného vodíku.

Použitá teplota je asi 1482 ° F (400 ° C). Použitý tlak je menší, než je optimální pro reakci. Z bezpečnostních důvodů se používá tlak kolem 200 atmosfér (atm). Výtěžek je za těchto podmínek asi 10-20%. Když směs opouští reaktor, je ochlazována, takže amoniak se stane kapalinou. Teplo je zachyceno a znovu použito k ohřevu vstupujících plynů.

Tato metoda syntézy amoniaku je známa jako Haberův proces , protože byla vytvořena německým chemikem Fritzem Haberem, který vyvinul podmínky pro chemickou reakci. Vyvinul jej během nedostatku hnojiv obsahujících dusík na počátku 20. století a protože Německo potřebovalo výbušniny pro první světovou válku. V současné době se amoniak vyrábí ve velkém měřítku po celém světě.

Alternativním způsobem, jak vyrobit vodík pro reakci, je elektrolýza vody. Elektrolýza používá elektřinu k rozkladu sloučenin. V tomto případě se voda štěpí na vodík a kyslík. To bylo provedeno ve spojení s výrobou elektřiny z vodních elektráren. Již v roce 1911 byla elektrolýza vody používána k poskytování vodíku pro syntézu amoniaku.

Některé mikroorganismy jsou schopné používat plynný dusík ze vzduchu k výrobě amoniaku. Tento proces se nazývá fixace dusíkem . V tomto případě jsou katalyzátory komplexní enzymy známé jako dusíkasy . Bakterie, které tento proces provádějí, žijí na kořenech luštěnin, jako jsou například hrachové rostliny. Fixace dusíkem významně zlepšila stav výživy mnoha půd.