Der Haber-Bosch-Prozess erklärt:Revolutionierung der Ammoniaksynthese

Das Haber-Bosch-Verfahren wird manchmal als der wichtigste technologische Fortschritt des 20. Jahrhunderts bezeichnet und ermöglicht die wirtschaftliche Massensynthese von Ammoniak (NH3) aus Stickstoff und Wasserstoff. Es wurde kurz vor dem Ersten Weltkrieg von den deutschen Chemikern Fritz Haber und Carl Bosch entwickelt. Haber erhielt 1918 für seine Entdeckungen den Nobelpreis für Chemie, und Bosch teilte sich 1931 mit Friedrich Bergius den Nobelpreis für seine Arbeiten zu chemischen Hochdruckreaktionen. Zunächst ein deutsches Nationalgeheimnis, verbreiteten sich die Chemie und Techniken hinter der effektiven Ammoniaksynthese in den 1920er und 1930er Jahren im Rest der Welt.

Hoher Druck, hohe Temperaturen

Ammoniak ist wichtig, weil es der Hauptbestandteil von Kunstdüngern ist, ohne die moderne landwirtschaftliche Erträge nicht möglich wären. Der Haber-Bosch-Prozess, manchmal auch Haber-Ammoniak-Prozess genannt, war der erste industrielle chemische Prozess, der extrem hohe Drücke nutzte:200–400 Atmosphären. Neben hohen Drücken werden bei dem Verfahren auch hohe Temperaturen von etwa 400 bis 650 °C eingesetzt. Die Effizienz der Reaktion ist eine Funktion von Druck und Temperatur; Höhere Ausbeuten werden bei höheren Drücken und niedrigeren Temperaturen innerhalb des erforderlichen Bereichs erzielt.

Geschichte

Im ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts wurde die künstliche Synthese von Nitraten erforscht, da befürchtet wurde, dass das weltweite Angebot an festem Stickstoff im Verhältnis zur Nachfrage rapide zurückgehen würde. Stickstoff in seiner inaktiven, atmosphärischen Gasform ist sehr reichlich vorhanden, aber landwirtschaftlich nutzbare „feste“ Stickstoffverbindungen waren zu dieser Zeit schwieriger zu bekommen. Landwirtschaftliche Betriebe benötigen großzügige Mengen an fixiertem Stickstoff, um gute Erträge zu erzielen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren alle Industrieländer der Welt gezwungen, Nitrate aus der größten verfügbaren Quelle – Salpeter (NaNO3) aus Chile – in großen Mengen zu importieren, und viele Wissenschaftler waren besorgt über die sinkende Versorgung mit Stickstoffverbindungen.

Das Haber-Bosch-Verfahren bot eine Lösung für den Mangel an festem Stickstoff. Unter Verwendung extrem hoher Drücke und eines Katalysators, der hauptsächlich aus Eisen besteht, wurden kritische Chemikalien, die sowohl bei der Herstellung von Düngemitteln als auch von Sprengstoffen verwendet werden, für Deutschland leicht zugänglich gemacht, was es diesem Land ermöglichte, im Ersten Weltkrieg weiter zu kämpfen. Als sich das Haber-Bosch-Verfahren weltweit verbreitete, wurde es zum Hauptverfahren für die Herstellung chemischer Düngemittel.

Aktuelle Produktion

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurden mit dem Haber-Bosch-Verfahren jährlich mehr als 500 Millionen Tonnen (453 Milliarden Kilogramm) Kunstdünger hergestellt. Für seine Herstellung wurde etwa ein Prozent der weltweiten Energie verbraucht, und etwa 40 Prozent der Erdbevölkerung ernährten sich davon.

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Michael Anissimov ist ein engagierter Autor von About Mechanics und bringt sein Fachwissen in Paläontologie, Physik, Biologie, Astronomie, Chemie und Futurismus in seine Artikel ein. Als begeisterter Blogger hat Michael eine große Leidenschaft für Stammzellenforschung, regenerative Medizin und lebensverlängernde Therapien. Zu seinen beruflichen Erfahrungen gehört die Arbeit mit der Methuselah Foundation, dem Singularity Institute for Artificial Intelligence und der Lifeboat Foundation, was sein Engagement für den wissenschaftlichen Fortschritt unterstreicht.