Che cos'è la sintesi di ammoniaca?
La sintesi di ammoniaca è la produzione di ammoniaca dalla combinazione di idrogeno e gas di azoto. La maggior parte dell'ammoniaca prodotta viene utilizzata come fertilizzante, sebbene possa essere utilizzata per altri scopi, come la fabbricazione di esplosivi. Il processo è stato sviluppato in Germania all'inizio del 1900.
L'atmosfera è piena di azoto, ma non è reattiva e generalmente non si combina con altri elementi. La strategia di base per produrre ammoniaca, NH 3 , è combinare idrogeno gassoso, H 2 , con azoto gassoso, N 2 , ad alta temperatura e ad alta pressione. Chimicamente, questa è una reazione difficile, quindi richiede un agente per accelerare il processo.
Un catalizzatore è un composto che fa procedere una reazione più rapidamente. Nella sintesi dell'ammoniaca, il catalizzatore utilizzato è generalmente il ferro. Il tipo di ferro utilizzato è il minerale di magnetite ridotto . Esistono altri prodotti chimici che possono essere usati come catalizzatori, ma il ferro è il più comune.
La fonte dell'idrogeno è di solito il gas naturale, noto anche come metano, CH 4 . Questo descrive il processo di base della sintesi dell'ammoniaca. Molti altri passaggi avvengono in un impianto di sintesi dell'ammoniaca. I composti di zolfo vengono prima rimossi dal gas naturale reagendo con l'ossido di zinco, che viene trasformato in solfuro di zinco. Questo lascia metano libero, che subisce molte altre trasformazioni per generare idrogeno.
La temperatura utilizzata è di circa 400 ° C (1482 ° F). La pressione utilizzata è inferiore a quella ottimale per la reazione. Per motivi di sicurezza, viene utilizzata una pressione di circa 200 atmosfere (atm). La resa è di circa il 10-20% in queste condizioni. Quando la miscela lascia il reattore, viene raffreddata, in modo che l'ammoniaca diventerà un liquido. Il calore viene catturato e riutilizzato per riscaldare i gas in entrata.
Questo metodo di sintesi dell'ammoniaca è noto come processo Haber , perché è stato creato dal chimico tedesco Fritz Haber, che ha sviluppato le condizioni per la reazione chimica. L'ha sviluppato durante una carenza di fertilizzanti contenenti azoto nei primi anni del 1900 e poiché la Germania aveva bisogno di esplosivi per la prima guerra mondiale. Attualmente, l'ammoniaca viene prodotta su larga scala in tutto il mondo.
Un modo alternativo per produrre l'idrogeno per la reazione è attraverso l'elettrolisi dell'acqua. L'elettrolisi utilizza l'elettricità per scomporre i composti. In questo caso, l'acqua viene scomposta in idrogeno e ossigeno. Ciò è stato fatto in collaborazione con la produzione di elettricità da centrali idroelettriche. Già nel 1911, l'elettrolisi dell'acqua è stata utilizzata per fornire idrogeno per la sintesi dell'ammoniaca.
Alcuni microrganismi sono in grado di utilizzare azoto dall'aria per produrre ammoniaca. Questo processo si chiama fissazione dell'azoto . In questo caso i catalizzatori sono enzimi complessi noti come nitrogenasi . I batteri che svolgono questo processo vivono sulle radici dei legumi, come le piante di pisello. La fissazione dell'azoto ha migliorato significativamente lo stato nutrizionale di molti terreni.