Hva er ammoniaksyntese?
Ammoniaksyntese er produksjonen av ammoniakk fra kombinasjonen av hydrogen og nitrogengasser. Det meste av produsert ammoniakk brukes som gjødsel, selv om det kan brukes til andre formål, for eksempel å lage eksplosiver. Prosessen ble utviklet i Tyskland på begynnelsen av 1900-tallet.
Atmosfæren er full av nitrogengass, men den er ureaktiv og kombineres vanligvis ikke med andre elementer. Den grunnleggende strategien for å lage ammoniakk, NH3, er å kombinere hydrogengass, H2, med nitrogengass, N2, ved en høy temperatur og under høyt trykk. Kjemisk er dette en vanskelig reaksjon, så det krever et middel for å fremskynde prosessen.
En katalysator er en forbindelse som får en reaksjon til å gå raskere. Ved ammoniakksyntese er katalysatoren vanligvis jern. Den anvendte jerntypen er redusert magnetittmalm . Det er andre kjemikalier som kan brukes som katalysatorer, men jern er det vanligste.
Kilden til hydrogengassen er vanligvis naturgass, også kjent som metan, CH4. Dette beskriver den grunnleggende prosessen med ammoniakksyntese. Mange andre trinn foregår i et ammoniakksynteseanlegg. Svovelforbindelser fjernes først fra naturgassen ved å reagere med sinkoksyd, som blir omdannet til sinksulfid. Dette etterlater gratis metan, som går gjennom flere transformasjoner for å generere hydrogengass.
Temperaturen som er brukt er omtrent 1482 ° F (400 ° C). Trykket som brukes er mindre enn det som er optimalt for reaksjonen. Av sikkerhetsgrunner brukes trykk på rundt 200 atmosfærer (atm). Utbyttet er ca. 10-20% under disse forhold. Når blandingen forlater reaktoren, avkjøles den, slik at ammoniakken blir til en væske. Varmen fanges opp og brukes igjen for å varme opp de innkommende gassene.
Denne ammoniakksyntesemetoden er kjent som Haber-prosessen , fordi den ble opprettet av den tyske kjemikeren Fritz Haber, som utviklet betingelsene for den kjemiske reaksjonen. Han utviklet den under en mangel på nitrogenholdig gjødsel på begynnelsen av 1900-tallet, og fordi Tyskland trengte eksplosiver for første verdenskrig. For tiden produseres ammoniakk i stor skala over hele verden.
En alternativ måte å lage hydrogen for reaksjonen på er gjennom elektrolyse av vann. Elektrolyse bruker elektrisitet for å bryte ned forbindelser. I dette tilfellet blir vann brutt ned til hydrogen og oksygen. Dette er gjort i forbindelse med elektrisitetsproduksjon fra vannkraftverk. Så langt tilbake som i 1911 har elektrolysen av vann blitt brukt til å tilveiebringe hydrogen for syntese av ammoniakk.
Noen mikroorganismer kan bruke nitrogengass fra luften til å produsere ammoniakk. Denne prosessen kalles nitrogenfiksering . I dette tilfellet er katalysatorene komplekse enzymer kjent som nitrogenaser . Bakteriene som utfører denne prosessen lever på røttene til belgfrukter, for eksempel erteplanter. Nitrogenfiksering har forbedret næringsstatusen til mange jordarter betydelig.