Wat is ammoniaksynthese?

Ammoniaksynthese is de productie van ammoniak uit de combinatie van waterstof en stikstofgassen. Het grootste deel van de geproduceerde ammoniak wordt gebruikt als kunstmest, hoewel het kan worden gebruikt voor andere doeleinden, zoals het maken van explosieven. Het proces werd begin 1900 ontwikkeld in Duitsland.

De atmosfeer is vol stikstofgas, maar het reageert niet en combineert over het algemeen niet met andere elementen. De basisstrategie voor het maken van ammoniak, NH3, is het combineren van waterstofgas, H2, met stikstofgas, N2, bij hoge temperatuur en onder hoge druk. Chemisch gezien is dit een moeilijke reactie, dus het vereist een middel om het proces te versnellen.

Een katalysator is een verbinding die een reactie sneller laat verlopen. Bij ammoniaksynthese is de gebruikte katalysator in het algemeen ijzer. Het gebruikte type ijzer is gereduceerd magnetieterts . Er zijn andere chemicaliën die als katalysatoren kunnen worden gebruikt, maar ijzer is de meest voorkomende.

De bron van het waterstofgas is meestal aardgas, ook bekend als methaan, CH4. Dit beschrijft het basisproces van ammoniaksynthese. Veel andere stappen vinden plaats in een ammoniaksynthese-installatie. Zwavelverbindingen worden eerst uit het aardgas verwijderd door te reageren met zinkoxide, dat wordt omgezet in zinksulfide. Hierdoor blijft methaan vrij, dat nog een aantal transformaties doormaakt om waterstofgas te genereren.

De gebruikte temperatuur is ongeveer 1482 ° F (400 ° C). De gebruikte druk is lager dan wat optimaal is voor de reactie. Om veiligheidsredenen wordt een druk van ongeveer 200 atmosfeer (atm) gebruikt. De opbrengst is ongeveer 10-20% onder deze omstandigheden. Terwijl het mengsel de reactor verlaat, wordt het afgekoeld, zodat de ammoniak een vloeistof wordt. De warmte wordt opgevangen en opnieuw gebruikt om de binnenkomende gassen te verwarmen.

Deze ammoniaksynthesemethode staat bekend als het Haber-proces , omdat het is gemaakt door de Duitse chemicus Fritz Haber, die de voorwaarden voor de chemische reactie heeft ontwikkeld. Hij ontwikkelde het tijdens een tekort aan stikstofhoudende meststoffen in de vroege jaren 1900, en omdat Duitsland explosieven nodig had voor de Eerste Wereldoorlog. Momenteel wordt ammoniak op grote schaal over de hele wereld geproduceerd.

Een alternatieve manier om waterstof voor de reactie te maken, is door elektrolyse van water. Elektrolyse gebruikt elektriciteit om verbindingen af ​​te breken. In dit geval wordt water afgebroken tot waterstof en zuurstof. Dit is gedaan in samenhang met elektriciteitsproductie uit waterkrachtcentrales. Al in 1911 werd de elektrolyse van water gebruikt om waterstof te leveren voor de synthese van ammoniak.

Sommige micro-organismen kunnen stikstofgas uit de lucht gebruiken om ammoniak te produceren. Dit proces wordt stikstofbinding genoemd. In dit geval zijn de katalysatoren complexe enzymen die stikstofasen worden genoemd . De bacteriën die dit proces uitvoeren, leven op de wortels van peulvruchten, zoals erwtplanten. Stikstoffixatie heeft de voedingsstatus van veel bodems aanzienlijk verbeterd.