Qu'est-ce que la synthèse d'ammoniac?
La synthèse d'ammoniac est la production d'ammoniac à partir de la combinaison d'hydrogène et d'azote. La majeure partie de l'ammoniac produit est utilisée comme engrais, bien qu'elle puisse être utilisée à d'autres fins, comme la fabrication d'explosifs. Le procédé a été développé en Allemagne au début des années 1900.
L'atmosphère est pleine d'azote, mais il n'est pas réactif et ne se combine généralement pas avec d'autres éléments. La stratégie de base pour la fabrication d’ammoniac, NH 3 , consiste à combiner l’hydrogène gazeux, H 2 , avec l’azote, N 2 , à haute température et sous haute pression. Chimiquement, il s’agit d’une réaction difficile, il faut donc un agent pour accélérer le processus.
Un catalyseur est un composé qui accélère la réaction. Dans la synthèse de l'ammoniac, le catalyseur utilisé est généralement le fer. Le type de fer utilisé est un minerai à teneur réduite en magnétite . D'autres produits chimiques peuvent être utilisés comme catalyseurs, mais le fer est le plus répandu.
Le gaz hydrogène provient généralement du gaz naturel, également appelé méthane, CH 4 . Ceci décrit le processus de base de la synthèse d'ammoniac. De nombreuses autres étapes ont lieu dans une usine de synthèse d'ammoniac. Les composés soufrés sont d'abord éliminés du gaz naturel par réaction avec l'oxyde de zinc, qui est transformé en sulfure de zinc. Cela laisse du méthane libre, qui subit plusieurs autres transformations pour générer de l'hydrogène.
La température utilisée est d'environ 1482 ° F (400 ° C). La pression utilisée est inférieure à celle optimale pour la réaction. Pour des raisons de sécurité, une pression d'environ 200 atmosphères (atm) est utilisée. Le rendement est d'environ 10-20% dans ces conditions. Lorsque le mélange quitte le réacteur, il est refroidi afin que l’ammoniac devienne un liquide. La chaleur est capturée et réutilisée pour chauffer les gaz entrants.
Cette méthode de synthèse de l'ammoniac est connue sous le nom de procédé Haber , car elle a été créée par le chimiste allemand Fritz Haber, qui a mis au point les conditions de la réaction chimique. Il l'a développé pendant une pénurie d'engrais contenant de l'azote au début des années 1900 et parce que l'Allemagne avait besoin d'explosifs pour la Première Guerre mondiale. Actuellement, l'ammoniac est produit à grande échelle dans le monde entier.
L'électrolyse de l'eau est une autre façon de fabriquer l'hydrogène nécessaire à la réaction. L'électrolyse utilise l'électricité pour décomposer les composés. Dans ce cas, l'eau est décomposée en hydrogène et en oxygène. Cela a été fait conjointement avec la production d'électricité à partir de centrales hydroélectriques. Dès 1911, l'électrolyse de l'eau était utilisée pour fournir de l'hydrogène à la synthèse de l'ammoniac.
Certains micro-organismes peuvent utiliser l'azote de l'air pour produire de l'ammoniac. Ce processus s'appelle la fixation de l'azote . Dans ce cas, les catalyseurs sont des enzymes complexes appelées nitrogénases . Les bactéries qui effectuent ce processus vivent sur les racines de légumineuses, telles que les plantes de pois. La fixation de l'azote a considérablement amélioré l'état nutritionnel de nombreux sols.