Habera process vai Haber-Bosch process ir galvenā rūpnieciskā metode, ko izmanto amonjaka vai fiksē slāpekli. Hābera process reaģē slāpeklis un ūdeņradis gāze amonjaka veidošanai:
N2 + 3 H2 → 2 NH3 (ΔH = −92,4 kJ · mol−1)
Habera procesa vēsture
Pirmais amonjaka sintēzes procesu 1909. gadā demonstrēja vācu ķīmiķis Fritzs Habers un britu ķīmiķis Roberts Le Rosinjols. Viņi no spiedienam pakļauta gaisa pilienu veidā veidoja amonjaku. Tomēr tehnoloģija neeksistēja, lai šajā planšetdatorā nepieciešamo spiedienu attiecinātu arī uz komerciālu ražošanu. BASF inženieris Karls Boscs atrisināja inženierijas problēmas, kas saistītas ar rūpnieciskā amonjaka ražošanu. BASF vācu Oppau rūpnīca sāka amonjaka ražošanu 1913. gadā.
Kā darbojas Haber-Bosch process
Sākotnējais Hābera process no gaisa radīja amonjaku. Rūpnieciskajā Haber-Bosch procesā tiek sajaukta slāpekļa gāze un ūdeņraža gāze spiedtvertnē, kurā ir īpašs katalizators, lai paātrinātu reakciju. No termodinamiskā viedokļa reakcija starp slāpekli un ūdeņradi veicina produktu istabas temperatūrā un spiedienā, bet reakcija nerada daudz amonjaka. Reakcija ir
eksotermisks; paaugstinātā temperatūrā un atmosfēras spiedienā līdzsvars ātri pāriet citā virzienā.Katalizators un paaugstināts spiediens ir procesa zinātniskā maģija. Sākotnējais Bosch katalizators bija osmijs, bet BASF ātri izšķīrās par lētāku dzelzs bāzes katalizatoru, kas joprojām tiek izmantots mūsdienās. Dažos mūsdienu procesos izmanto rutēnija katalizatoru, kas ir aktīvāks nekā dzelzs katalizators.
Kaut arī Bosch sākotnēji elektrolizēja ūdeni, lai iegūtu ūdeņradi, mūsdienu procesa versijā no dabasgāzes tiek iegūts metāns, kas tiek apstrādāts, lai iegūtu ūdeņraža gāzi. Tiek lēsts, ka 3–5 procenti no pasaules dabasgāzes saražo Hābera procesa virzienā.
Gāzes vairākas reizes šķērso katalizatora slāni, jo pārvēršanās par amonjaku katru reizi ir tikai aptuveni 15 procenti. Procesa beigās tiek sasniegts aptuveni 97 procenti slāpekļa un ūdeņraža pārvēršanas amonjakā.
Habera procesa nozīme
Daži cilvēki uzskata Hābera procesu par vissvarīgāko izgudrojumu pēdējo 200 gadu laikā! Habera procesa galvenais iemesls ir tas, ka amonjaku izmanto kā augu mēslojumu, kas lauksaimniekiem ļauj audzēt pietiekami daudz ražas, lai atbalstītu arvien pieaugošo pasaules iedzīvotāju skaitu. Hābera process gadā piegādā 500 miljonus tonnu (453 miljardus kilogramu) slāpekļa mēslošanas līdzekļu, kas, kā tiek lēsts, nodrošina pārtiku trešdaļai cilvēku uz Zemes.
Negatīvas asociācijas ir arī ar Hābera procesu. Pirmajā pasaules karā amonjaks tika izmantots slāpekļskābes ražošanai munīcijas ražošanai. Daži apgalvo, ka iedzīvotāju skaita sprādziens labāk vai sliktāk nebūtu noticis, ja mēslojuma dēļ nebūtu pieejams lielāks pārtikas daudzums. Arī slāpekļa savienojumu izdalīšanās ir negatīvi ietekmējusi vidi.
Atsauces
Zemes bagātināšana: Fritz Haber, Carl Bosch un pasaules pārtikas ražošanas transformācija, Vaclav Smil (2001) ISBN 0-262-19449-X.
ASV Vides aizsardzības aģentūra: Cilvēka pārmaiņas globālajā slāpekļa ciklā: cēloņi un sekas Pēterim M. Vitousek, priekšsēdētājs, John Aber, Robert W. Hoarts, Gēns E. Likens, Pamela A. Matson, David W. Šindlers, Viljams H. Šlesingers un Dž. Deivids Tilmans
Frica Habera biogrāfija, Nobela e-muzejs, iegūts 2013. gada 4. oktobrī.