Vad är ammoniaksyntes?
Ammoniaksyntes är produktion av ammoniak från kombinationen av väte och kvävgas. Det mesta av den producerade ammoniaken används som gödselmedel, även om den kan användas för andra ändamål, t.ex. Processen utvecklades i Tyskland i början av 1900-talet.
Atmosfären är full av kvävgas, men den är oreaktiv och kombineras i allmänhet inte med andra element. Den grundläggande strategin för framställning av ammoniak, NH3, är att kombinera vätgas, H2, med kvävgas, N2, vid en hög temperatur och under högt tryck. Kemiskt är detta en svår reaktion, så det kräver ett medel för att påskynda processen.
En katalysator är en förening som får en reaktion att fortsätta snabbare. Vid ammoniaksyntes är den använda katalysatorn i allmänhet järn. Den använda typen av järn är reducerad magnetitmalm . Det finns andra kemikalier som kan användas som katalysatorer, men järn är det vanligaste.
Källan till vätgas är vanligtvis naturgas, även känd som metan, CH4. Detta beskriver den grundläggande processen för ammoniaksyntes. Många andra steg sker i en ammoniaksyntesanläggning. Svavelföreningar avlägsnas först från naturgasen genom reaktion med zinkoxid, som omvandlas till zinksulfid. Detta lämnar fri metan, som går igenom flera transformationer för att generera vätgas.
Den använda temperaturen är cirka 1482 ° F (400 ° C). Trycket som används är mindre än vad som är optimalt för reaktionen. Av säkerhetsskäl används tryck på cirka 200 atmosfärer (atm). Utbytet är cirka 10-20% under dessa betingelser. När blandningen lämnar reaktorn kyls den, så att ammoniaken blir en vätska. Värmen fångas upp och återanvänds för att värma de inkommande gaserna.
Denna ammoniaksyntesmetod är känd som Haber-processen , eftersom den skapades av den tyska kemisten Fritz Haber, som utvecklade förutsättningarna för den kemiska reaktionen. Han utvecklade det under en brist på kväveinnehållande gödselmedel i början av 1900-talet, och eftersom Tyskland behövde sprängämnen för första världskriget. För närvarande produceras ammoniak i stor skala över hela världen.
Ett alternativt sätt att göra vätet för reaktionen är genom elektrolys av vatten. Elektrolys använder elektricitet för att bryta ner föreningar. I detta fall bryts vatten ned till väte och syre. Detta har gjorts i samband med elproduktion från vattenkraftverk. Så långt tillbaka som 1911 har elektrolys av vatten använts för att tillhandahålla väte för syntes av ammoniak.
Vissa mikroorganismer kan använda kvävgas från luften för att producera ammoniak. Denna process kallas kvävefixering . I detta fall är katalysatorerna komplexa enzymer kända som nitrogenaser . Bakterierna som utför denna process lever på rötter på baljväxter, som ärtväxter. Kvävefixering har förbättrat näringsstatusen för många jordar avsevärt.