Was ist der Haber-Bosch-Prozess?
Das Haber-Bosch-Verfahren, das manchmal als wichtigster technologischer Fortschritt des 20. Jahrhunderts bezeichnet wird, ermöglicht die wirtschaftliche Massensynthese von Ammoniak (NH3) aus Stickstoff und Wasserstoff. Es wurde kurz vor dem Ersten Weltkrieg von den deutschen Chemikern Fritz Haber und Carl Bosch entwickelt. Haber erhielt 1918 den Nobelpreis für Chemie für seine Entdeckungen, und Bosch teilte 1931 mit Friedrich Bergius einen Nobelpreis für seine Arbeit über chemische Hochdruckreaktionen. Zunächst ein deutsches Staatsgeheimnis, verbreiteten sich in den 1920er und 1930er Jahren die chemischen und technischen Grundlagen der wirksamen Ammoniaksynthese im Rest der Welt.
Hoher Druck, hohe Temperaturen
Ammoniak ist wichtig, weil es der Hauptbestandteil von Kunstdüngern ist, ohne die moderne landwirtschaftliche Erträge nicht möglich wären. Das Haber-Bosch-Verfahren, auch Haber-Ammoniak-Verfahren genannt, war das erste industrielle chemische Verfahren, bei dem extrem hohe Drücke angewendet wurden: 200 bis 400 Atmosphären. Zusätzlich zu hohen Drücken werden bei dem Verfahren auch hohe Temperaturen von etwa 750-1.200º Fahrenheit (etwa 400-650ºC) verwendet. Die Effizienz der Reaktion ist eine Funktion von Druck und Temperatur; Höhere Ausbeuten werden bei höheren Drücken und niedrigeren Temperaturen innerhalb des erforderlichen Bereichs erzeugt.
Geschichte
Während des ersten Jahrzehnts des 20. Jahrhunderts wurde die künstliche Synthese von Nitraten erforscht, da befürchtet wurde, dass das weltweite Angebot an festem Stickstoff im Verhältnis zur Nachfrage rapide sinkt. Stickstoff in seiner inaktiven, atmosphärischen Gasform ist sehr reichlich vorhanden, aber landwirtschaftlich nützliche "feste" Stickstoffverbindungen waren zu dieser Zeit schwerer zu bekommen. Landwirtschaftliche Tätigkeiten erfordern reichlich gebundenen Stickstoff, um gute Erträge zu erzielen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts mussten alle Industrieländer der Welt Nitrate aus der größten verfügbaren Quelle - Salpeter (NaNO3) aus Chile - in großen Mengen importieren, und viele Wissenschaftler waren besorgt über die sinkende Versorgung mit Stickstoffverbindungen.
Das Haber-Bosch-Verfahren bot eine Lösung für den Mangel an festem Stickstoff. Mit extrem hohen Drücken und einem hauptsächlich aus Eisen bestehenden Katalysator wurden kritische Chemikalien, die sowohl zur Herstellung von Düngemitteln als auch von Sprengstoffen verwendet wurden, für Deutschland in hohem Maße zugänglich gemacht, so dass dieses Land im Ersten Weltkrieg weiter kämpfen konnte. Als Haber-Bosch-Prozess Das weltweit verbreitete Verfahren wurde zum Hauptverfahren für die Herstellung chemischer Düngemittel.