Was ist der Haber-Bosch-Prozess?
Das Haber-Bosch-Verfahren oder einfach das Haber-Verfahren ist ein Verfahren, das bei der Herstellung von Ammoniak in großem Maßstab angewendet wird. Dieses Verfahren wurde nach Fritz Haber und Carl Bosch benannt, den beiden deutschen Chemikern, die das Verfahren zu Beginn des 20. Jahrhunderts erfanden. Das Haber-Bosch-Verfahren wurde entwickelt, um die weniger effizienten Methoden zu ersetzen, die früher bei der Ammoniakherstellung eingesetzt wurden, wie das Frank-Caro-Verfahren. Heutzutage wird das Haber-Bosch-Verfahren hauptsächlich zur Herstellung von Ammoniak für Düngemittel verwendet, im Gegensatz zu den Erfindungsjahren, in denen Ammoniak für Sprengstoffe verwendet wurde, die im ersten Krieg verwendet wurden.
Hintergrund
Das Haber-Bosch-Verfahren wurde erfunden, um den hohen Anforderungen von Ammoniak im 19. Jahrhundert gerecht zu werden. Der Ammoniakbedarf stieg aufgrund des Bedarfs an Düngemitteln und Viehfutter. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entschied sich Haber für eine alternative Methode, um den Ammoniakbedarf zu decken. Haber Fritz entwickelte zusammen mit seinem Assistenten ein Verfahren, das den Einsatz von Katalysatoren und eines Hochdruckgeräts erforderte. Der Demonstrationsprozess war im Labormaßstab klein. Der Demonstrationsprozess fand im Sommer 1909 statt. Ammoniak wurde als Tropfen mit einer Geschwindigkeit von 125 ml pro Stunde erzeugt. Dieses Verfahren erhielt Anerkennung und wurde von der BASF, einem in Deutschland ansässigen Chemieunternehmen, gekauft. Carl Bosch wurde beauftragt, sicherzustellen, dass das Verfahren auf ein industrielles Niveau gebracht wurde. Dies gelang ihm 1910. Die großtechnische Herstellung von Ammoniak begann 1913 im Werk Oppau, das der BASF gehörte. Die Anlage vervielfachte die Ammoniakproduktion, die bis 1914 20 Tonnen pro Tag erreichte. Das Haber-Bosch-Verfahren war im Ersten Weltkrieg eine Bereicherung für Deutschland. Haber erhielt 1913 einen Nobelpreis und Bosch 1931 den gleichen Preis.
Der Prozess
Ammoniak entsteht durch eine Reaktion von Stickstoff und Wasserstoff. Der Prozess findet bei Temperaturen zwischen 400 und 500 Grad Celsius statt. Stickstoff- und Wasserstoffgase werden mit konstanten Temperaturregelungen über Katalysatoren geleitet, um das Gleichgewicht stabil zu halten. Die Gase werden über vier Sätze von Katalysatoren geleitet. Bei jedem Satz reagieren ungefähr 15% Gas, um Ammoniak zu bilden. Die nicht reagierten Gase werden immer wieder durch die Katalysatoren geleitet. Am Ende haben fast 97% der Gase reagiert. Stickstoff ist aufgrund der starken Dreifachbindungen, die seine Moleküle zusammenhalten, nicht reaktiv. Um sicherzustellen, dass es mit Wasserstoff reagiert, sind hohe Temperaturen und Katalysatoren erforderlich. Der im Haber-Bosch-Verfahren eingesetzte Wasserstoff wird hauptsächlich aus Methan gewonnen. Um Wasserstoff aus Methan zu gewinnen, wird ein Dampfreformierungsverfahren durchgeführt, bei dem das Gas hohen Temperaturen und hohem Druck ausgesetzt wird und ein Nickelkatalysator verwendet wird. Um die Produktionsrate zu erhöhen, wird häufig produziertes Ammoniak aus dem System entfernt. Die üblicherweise im Haber-Verfahren verwendeten Katalysatoren umfassen die Katalysatoren auf Eisenbasis, Uran und Osmium.
Wirtschaftliche und ökologische Aspekte
Nachdem das Haber-Bosch-Verfahren erfunden worden war, musste es mit dem Cyanamid-Verfahren konkurrieren. Das Cyanamid-Verfahren war unwirksam, da es viel Kraft und Arbeitskraft verbrauchte. Der Haber-Prozess hat sich auf ein Niveau verschärft, bei dem jährlich rund 450 Millionen Tonnen Stickstoffdünger produziert werden. Die große Produktion von Düngemitteln hat dazu geführt, dass große Landstriche in die Landwirtschaft einbezogen wurden. Ammoniakdünger hat die landwirtschaftlichen Erträge und das Nahrungsangebot gesteigert, was zu höheren Bevölkerungswachstumsraten geführt hat.
