Объяснение процесса Габера-Боша:революция в синтезе аммиака

Процесс Габера-Боша, который иногда называют самым важным технологическим достижением 20-го века, позволяет экономично массово синтезировать аммиак (NH3) из азота и водорода. Он был разработан незадолго до Первой мировой войны немецкими химиками Фрицем Габером и Карлом Бошем. Габер получил Нобелевскую премию по химии в 1918 году за свои открытия, а Босх разделил Нобелевскую премию с Фридрихом Бергиусом в 1931 году за работу по химическим реакциям под высоким давлением. Поначалу это была национальная тайна Германии, химия и методы эффективного синтеза аммиака распространились на остальной мир в 1920-х и 1930-х годах.

Высокое давление, высокие температуры

Аммиак важен, потому что он является основным ингредиентом искусственных удобрений, без которого современное сельское хозяйство было бы невозможно. Процесс Хабера-Боша, который иногда называют аммиачным процессом Габера, был первым промышленным химическим процессом, в котором использовалось чрезвычайно высокое давление:200–400 атмосфер. Помимо высокого давления, в этом процессе также используются высокие температуры около 750–1200° по Фаренгейту (около 400–650° по Цельсию). Эффективность реакции зависит от давления и температуры; больший выход достигается при более высоких давлениях и более низких температурах в необходимом диапазоне.

История

В течение первого десятилетия 20-го века искусственный синтез нитратов исследовался из-за опасений, что мировые поставки фиксированного азота быстро сокращаются по сравнению со спросом. Азота в его неактивной газовой форме в атмосфере очень много, но в то время было труднее найти полезные для сельского хозяйства «фиксированные» соединения азота. Сельскохозяйственные операции требуют большого количества фиксированного азота для получения хороших урожаев. В начале 20-го века все развитые страны мира были вынуждены массово импортировать нитраты из крупнейшего доступного источника — селитры (NaNO3) из Чили — и многие учёные были обеспокоены сокращением поставок азотистых соединений.

Процесс Хабера-Боша позволил решить проблему нехватки фиксированного азота. Благодаря чрезвычайно высокому давлению и катализатору, состоящему в основном из железа, важнейшие химические вещества, используемые как в производстве удобрений, так и взрывчатых веществ, стали легко доступны для Германии, что позволило этой стране продолжать боевые действия в Первой мировой войне. Поскольку процесс Габера-Боша получил широкое распространение во всем мире, он стал основной процедурой, ответственной за производство химических удобрений.

Текущее производство

В начале 21 века процесс Габера-Боша использовался для производства более 500 миллионов тонн (453 миллиардов килограммов) искусственных удобрений в год. На его производство было использовано около 1 процента мировой энергии, и оно обеспечивало питание около 40 процентов населения Земли.

Компания About Mechanics стремится предоставлять точную и достоверную информацию. Мы тщательно отбираем авторитетные источники и применяем строгий процесс проверки фактов для поддержания самых высоких стандартов. Чтобы узнать больше о нашем стремлении к точности, прочтите наш редакционный процесс.

Михаил Анисимов — преданный участник журнала «О механике» и в своих статьях привносит свой опыт в палеонтологии, физике, биологии, астрономии, химии и футуризме. Заядлый блоггер, Майкл глубоко увлечен исследованиями стволовых клеток, регенеративной медициной и методами продления жизни. Его профессиональный опыт включает работу с Фондом Мафусаила, Институтом сингулярности искусственного интеллекта и Фондом спасательной шлюпки, что еще раз демонстрирует его приверженность научному прогрессу.