Was ist Ammoniaksynthese?

Ammoniaksynthese ist die Produktion von Ammoniak aus der Kombination von Wasserstoff- und Stickstoffgasen.Der größte Teil des produzierten Ammoniaks wird als Dünger verwendet, obwohl es für andere Zwecke verwendet werden kann, wie zum Beispiel Sprengstoff.Der Prozess wurde Anfang des 20. Jahrhunderts in Deutschland entwickelt.

Die Atmosphäre ist voller Stickstoffgas, aber sie ist nicht reaktiv und kombiniert sich im Allgemeinen nicht mit anderen Elementen.Die grundlegende Strategie zur Herstellung von Ammoniak, NH ₃ , besteht darin, Wasserstoffgas H ₂ mit Stickstoffgas, N ₂ , bei hoher Temperatur und unter hohem Druck zu kombinieren.Chemisch gesehen ist dies eine schwierige Reaktion, daher erfordert ein Mittel, um den Prozess zu beschleunigen.

Ein Katalysator ist eine Verbindung, die eine Reaktion schneller verläuft.In der Ammoniaksynthese ist der verwendete Katalysator im Allgemeinen Eisen.Die Art des verwendeten Eisens ist reduziertes Magnetiterz .Es gibt andere Chemikalien, die als Katalysatoren verwendet werden können, aber Eisen ist das häufigste.

Die Quelle des Wasserstoffgases ist normalerweise Erdgas, auch als Methan, Ch ₄ bekannt.Dies beschreibt den Grundprozess der Ammoniaksynthese.Viele andere Schritte finden in einer Ammoniaksynthesepflanze statt.Schwefelverbindungen werden zuerst aus dem Erdgas entfernt, indem sie mit Zinkoxid reagiert, das in Zinksulfid umgewandelt wird.Dies hinterlässt freies Methan, das mehrere weitere Transformationen durchläuft, um Wasserstoffgas zu erzeugen.

Die verwendete Temperatur beträgt etwa 1482 Grad.F (400 Grad; C).Der verwendete Druck ist geringer als das, was für die Reaktion optimal ist.Aus Sicherheitsgründen wird ein Druck von rund 200 Atmosphären (ATM) verwendet.Die Rendite beträgt unter diesen Bedingungen etwa 10 bis 20%.Wenn die Mischung den Reaktor verlässt, wird sie abgekühlt, so dass das Ammoniak zu einer Flüssigkeit wird.Die Wärme wird erfasst und wiederverwendet, um die eingehenden Gase zu erhitzen.

Diese Ammoniaksynthesemethode ist als Haber-Prozess bekannt, da sie vom deutschen Chemiker Fritz Haber erzeugt wurde, der die Bedingungen für die chemische Reaktion entwickelte.Er entwickelte es während eines Mangels an stickstoffhaltigen Düngemitteln Anfang des 20. Jahrhunderts, und weil Deutschland für den Ersten Weltkrieg Sprengstoff benötigte. Derzeit wird Ammoniak weltweit in großem Maßstab produziert.Die Reaktion erfolgt durch die Elektrolyse von Wasser.Die Elektrolyse verwendet Elektrizität, um Verbindungen abzubauen.In diesem Fall wird Wasser auf Wasserstoff und Sauerstoff unterteilt.Dies wurde in Verbindung mit der Stromerzeugung aus Wasserkraftwerken durchgeführt.Bereits 1911 wurde die Elektrolyse von Wasser verwendet, um Wasserstoff für die Synthese von Ammoniak bereitzustellen.

Einige Mikroorganismen können Stickstoffgas aus der Luft verwenden, um Ammoniak zu produzieren.Dieser Prozess wird als

Stickstofffixierung bezeichnet.In diesem Fall sind die Katalysatoren komplexe Enzyme, die als

Stickrogenasen bekannt sind.Die Bakterien, die diesen Prozess durchführen, leben auf den Wurzeln von Hülsenfrüchten wie Erbsenpflanzen.Die Stickstofffixierung hat den Nährstoffstatus vieler Böden erheblich verbessert.