Haber-Bosch-Prozessinformationen

Das Haber-Verfahren oder das Haber-Bosch-Verfahren ist die primäre industrielle Methode zur Herstellung von Ammoniak oder zur Fixierung von Stickstoff. Der Haber-Prozess reagiert mit Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak:

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃  (ΔH = -92,4 kJ · mol⁻¹)

Geschichte des Haber-Prozesses

Fritz Haber, ein deutscher Chemiker, und Robert Le Rossignol, ein britischer Chemiker,zeigten 1909 den ersten Ammoniaksynthesevorgang. Aus Druckluft bildeten sie tropfenweise Ammoniak. Es existierte jedoch keine Technologie, um den in diesem Tischgerät erforderlichen Druck auf die kommerzielle Produktion auszudehnen. Carl Bosch, Ingenieur bei BASF, löste die technischen Probleme bei der industriellen Ammoniakproduktion. Das deutsche BASF-Werk Oppau nahm 1913 die Ammoniakproduktion auf.

So funktioniert der Haber-Bosch-Prozess

Habers ursprünglicher Prozess machte Ammoniak aus Luft. Das industrielle Haber-Bosch-Verfahren mischt Stickstoffgas und Wasserstoffgas in einem Druckbehälter, der einen speziellen Katalysator enthält, um die Reaktion zu beschleunigen. Aus thermodynamischer Sicht begünstigt die Reaktion zwischen Stickstoff und Wasserstoff das Produkt bei Raumtemperatur und -druck, aber die Reaktion erzeugt nicht viel Ammoniak. Die Reaktion ist exotherm; bei erhöhter temperatur und atmosphärischem druck wechselt das gleichgewicht schnell in die andere richtung.

Der Katalysator und der erhöhte Druck sind die wissenschaftliche Magie hinter dem Prozess. Der ursprüngliche Katalysator von Bosch war Osmium, aber die BASF entschied sich schnell für einen günstigeren Katalysator auf Eisenbasis, der bis heute in Gebrauch ist. Einige moderne Verfahren verwenden einen Rutheniumkatalysator, der aktiver ist als der Eisenkatalysator.

Obwohl Bosch ursprünglich Wasser zur Gewinnung von Wasserstoff elektrolysierte, wird bei der modernen Version des Verfahrens Erdgas zur Gewinnung von Methan verwendet, das zur Gewinnung von Wasserstoffgas aufbereitet wird. Schätzungen zufolge werden 3-5 Prozent der weltweiten Erdgasförderung für den Haber-Prozess verwendet.

Die Gase strömen mehrmals über das Katalysatorbett, da die Umwandlung in Ammoniak jeweils nur etwa 15 Prozent beträgt. Am Ende des Prozesses werden ungefähr 97 Prozent Umwandlung von Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak erreicht.

Bedeutung des Haber-Prozesses

Einige Leute halten den Haber-Prozess für die wichtigste Erfindung der letzten 200 Jahre! Der Hauptgrund für die Bedeutung des Haber-Prozesses liegt darin, dass Ammoniak als Pflanzendünger verwendet wird, damit die Landwirte genügend Pflanzen anbauen können, um eine immer größer werdende Weltbevölkerung zu ernähren. Das Haber-Verfahren liefert jährlich 500 Millionen Tonnen (453 Milliarden Kilogramm) Stickstoffdünger, womit schätzungsweise ein Drittel der Menschen auf der Erde ernährt werden kann.

Auch mit dem Haber-Prozess gibt es negative Assoziationen. Im Ersten Weltkrieg wurde aus Ammoniak Salpetersäure zur Herstellung von Munition hergestellt. Einige behaupten, die Bevölkerungsexplosion wäre ohne die aufgrund des Düngemittels vermehrte Nahrungsaufnahme nicht vorgekommen. Auch die Freisetzung von Stickstoffverbindungen hat sich negativ auf die Umwelt ausgewirkt.

_Verweise

_{Bereicherung der Erde: Fritz Haber, Carl Bosch und die Transformation der Welternährungsproduktion, Vaclav Smil (2001) ISBN 0-262-19449-X.}

_{US-Umweltschutzbehörde: Menschliche Veränderung des globalen Stickstoffkreislaufs: Ursachen und Folgen von Peter M. Vitousek, Vorsitzender, John Aber, Robert W. Howarth, Gene E. Likens, Pamela A. Matson, David W. Schindler, William H. Schlesinger und G. David Tilman}

_{Fritz Haber Biografie, Nobel e-Museum, abgerufen am 4. Oktober 2013.}