Hvad er ammoniak-syntese?
Ammoniak-syntese er produktion af ammoniak fra kombinationen af brint og kvælstofgasser. Det meste af den producerede ammoniak bruges som gødning, selvom det kan bruges til andre formål, såsom fremstilling af eksplosiver. Processen blev udviklet i Tyskland i begyndelsen af 1900'erne.
Atmosfæren er fuld af kvælstofgas, men den er ureaktiv og kombineres generelt ikke med andre elementer. Den grundlæggende strategi for fremstilling af ammoniak, NH3, er at kombinere brintgas, H2, med nitrogengas, N2, ved en høj temperatur og under højt tryk. Kemisk er dette en vanskelig reaktion, så det kræver et middel til at fremskynde processen.
En katalysator er en forbindelse, der får en reaktion til at gå hurtigere. Ved ammoniaksyntese er den anvendte katalysator generelt jern. Den anvendte jerntype er reduceret magnetitmalm . Der er andre kemikalier, der kan bruges som katalysatorer, men jern er det mest almindelige.
Kilden til brintgas er normalt naturgas, også kendt som methan, CH4. Dette beskriver den grundlæggende proces med ammoniaksyntese. Mange andre trin finder sted i en ammoniaksynteseanlæg. Svovlforbindelser fjernes først fra naturgassen ved reaktion med zinkoxid, der omdannes til zinksulfid. Dette efterlader fri methan, der gennemgår flere transformationer for at generere brintgas.
Den anvendte temperatur er ca. 1482 ° F (400 ° C). Det anvendte tryk er mindre end det, der er optimalt for reaktionen. Af sikkerhedsmæssige årsager anvendes et tryk på omkring 200 atmosfærer (atm). Udbyttet er ca. 10-20% under disse betingelser. Når blandingen forlader reaktoren, afkøles den, så ammoniakken bliver til en væske. Varmen opsamles og genbruges til opvarmning af de indkommende gasser.
Denne ammoniaksyntesemetode er kendt som Haber-processen , fordi den blev oprettet af den tyske kemiker Fritz Haber, der udviklede betingelserne for den kemiske reaktion. Han udviklede det under en mangel på nitrogenholdig gødning i begyndelsen af 1900'erne, og fordi Tyskland havde brug for eksplosiver til første verdenskrig. I øjeblikket produceres ammoniak i stor skala over hele verden.
En alternativ måde at fremstille brint til reaktionen er ved elektrolyse af vand. Elektrolyse bruger elektricitet til at nedbryde forbindelser. I dette tilfælde nedbrydes vand til brint og ilt. Dette er gjort i forbindelse med elproduktion fra vandkraftværker. Så langt tilbage som i 1911 er elektrolysen af vand brugt til at tilvejebringe brint til syntese af ammoniak.
Nogle mikroorganismer er i stand til at bruge nitrogengas fra luften til at producere ammoniak. Denne proces kaldes nitrogenfiksering . I dette tilfælde er katalysatorerne komplekse enzymer kendt som nitrogenaser . Bakterierne, der udfører denne proces, lever på rødderne af bælgplanter, såsom ærterplanter. Nitrogenfiksering har forbedret næringsstatus for mange jordarter markant.