Descripción general del proceso Haber-Bosch

El proceso de haber-bosch es un proceso que fija nitrógeno con hidrógeno para producir amoníaco, una parte crítica en la fabricación de fertilizantes para plantas. El proceso fue desarrollado a principios de la década de 1900 por Fritz Haber y luego fue modificado para convertirse en un proceso industrial para fabricar fertilizantes por Carl Bosch. El proceso de haber-bosch es considerado por muchos científicos y académicos como uno de los avances tecnológicos más importantes del siglo XX.

El proceso de haber-bosch es extremadamente importante porque fue el primero de los procesos desarrollados que permitió a las personas producir fertilizantes para plantas en masa debido a la producción de amoníaco. También fue uno de los primeros procesos industriales desarrollados para utilizar alta presión para crear una reacción química ( rae-dupree , 2011). Esto hizo posible que los agricultores produjeran más alimentos, lo que a su vez permitió que la agricultura apoyara a una población más grande. muchos consideran que el proceso de haber-bosch es responsable de la explosión demográfica actual de la Tierra, ya que "aproximadamente la mitad de la proteína en los humanos de hoy se originó con nitrógeno fijado a través del proceso de haber-bosch" (rae-dupree, 2011).

En el período de industrialización, la población humana había crecido considerablemente y, como resultado, era necesario aumentar la producción de granos y la agricultura comenzó en nuevas áreas como Rusia, América y Australia ( Morrison , 2001). Con el fin de hacer que los cultivos sean más productivos en estas y otras áreas, los agricultores comenzaron a buscar formas de agregar nitrógeno al suelo, y creció el uso de estiércol y más tarde de guano y nitrato fósil.

A fines de 1800 y principios de 1900, los científicos, principalmente químicos, comenzaron a buscar formas de desarrollar fertilizantes fijando artificialmente el nitrógeno como lo hacen las legumbres en sus raíces. el 2 de julio de 1909, fritz haber produjo un flujo continuo de amoníaco líquido a partir de gases de hidrógeno y nitrógeno que se alimentaron a un tubo de hierro presurizado caliente sobre un catalizador de metal de osmio (morrison, 2001). Era la primera vez que alguien podía desarrollar amoníaco de esta manera.

más tarde, carl bosch, metalúrgico e ingeniero, trabajó para perfeccionar este proceso de síntesis de amoníaco para que pudiera usarse a escala mundial. En 1912, comenzó la construcción de una planta con capacidad de producción comercial en Oppau, Alemania. la planta era capaz de producir una tonelada de amoníaco líquido en cinco horas y para 1914 la planta producía 20 toneladas de nitrógeno utilizable por día (morrison, 2001).

Con el comienzo de la Primera Guerra Mundial , la producción de nitrógeno para fertilizantes en la planta se detuvo y la fabricación cambió a la de explosivos para la guerra de trincheras. Más tarde se abrió una segunda planta en Sajonia, Alemania, para apoyar el esfuerzo de guerra. Al final de la guerra, ambas plantas volvieron a producir fertilizantes.

El proceso funciona hoy de manera muy similar a como lo hizo originalmente al usar una presión extremadamente alta para forzar una reacción química. funciona fijando nitrógeno del aire con hidrógeno del gas natural para producir amoníaco ( diagrama ). el proceso debe usar alta presión porque las moléculas de nitrógeno se mantienen unidas con fuertes enlaces triples. El proceso de haber-bosch utiliza un catalizador o recipiente de hierro o rutenio con una temperatura interna de más de 800 f (426 c) y una presión de alrededor de 200 atmósferas para unir nitrógeno e hidrógeno (rae-dupree, 2011). los elementos luego se mueven fuera del catalizador hacia reactores industriales donde los elementos eventualmente se convierten en amoníaco fluido (rae-dupree, 2011). el amoniaco fluido se usa para crear fertilizantes.

Hoy en día, los fertilizantes químicos contribuyen a aproximadamente la mitad del nitrógeno puesto en la agricultura mundial, y este número es mayor en los países desarrollados.

Hoy en día, los lugares con mayor demanda de estos fertilizantes son también los lugares donde la población mundial está creciendo más rápidamente. Algunos estudios muestran que "el 80 por ciento del aumento global en el consumo de fertilizantes nitrogenados entre 2000 y 2009 provino de India y China" ( Mingle , 2013).

A pesar del crecimiento en los países más grandes del mundo, el gran crecimiento de la población a nivel mundial desde el desarrollo del proceso de haber-bosch muestra lo importante que ha sido para los cambios en la población mundial.

El proceso actual de fijación de nitrógeno tampoco es completamente eficiente, y una gran cantidad se pierde después de que se aplica a los campos debido a la escorrentía cuando llueve y se desprende un gas natural cuando se asienta en los campos. su creación también consume mucha energía debido a la presión de alta temperatura necesaria para romper los enlaces moleculares del nitrógeno. Actualmente, los científicos están trabajando para desarrollar formas más eficientes de completar el proceso y crear formas más amigables con el medio ambiente para apoyar la agricultura mundial y la creciente población.