Haberjev proces, ponekod znan tudi kot Haber-Borschev proces, je znanstvena metoda, s katero nastane amoniak iz dušika in vodika. Železo deluje kot katalizator, uspeh procesa pa je v veliki meri odvisen od idealne temperature in tlaka; večino časa se izvaja v zaprti komori, kjer je mogoče natančno nadzorovati pogoje. Postopek je zelo pomemben za številne različne industrije in je prihranil nešteto ur proizvajalcem, ki bi sicer morali proizvajati amoniak z drugimi, običajno veliko bolj napornimi sredstvi. Izvedba je nekoliko zapletena, vendar ob pravilnem izvajanju na splošno doseže zelo zanesljive rezultate.
Kako je bil proces razvit
Ta postopek je leta 1909 razvil nemški kemik Fritz Haber, pozneje pa ga je še en Nemec Carl Bosch razširil v industrijski obseg. Oba moška sta leta 1918 prejela Nobelovo nagrado za premagovanje tehničnih ovir, povezanih z uporabo visokotlačne tehnologije v industrijskem obsegu. Preden je bila metoda razvita, je bilo amoniak razmeroma težko pridobiti in je bil posledično precej drag. Z iskanjem načina za hitrejšo sintezo je postal bolj dostopen in cenejši. Proces je utrl tudi pot za bolj nadzorovane okoljske poskuse in zmanjšanje kemikalij.
Kako deluje
V večini primerov so za nastanek amoniaka potrebni trije bistveni elementi: vodik, dušik in nekakšen katalizator. Čeprav sta bila osmij in uran sprva uporabljena kot katalizatorja, ju je kasneje nadomestilo železo, saj je veliko cenejša alternativa in deluje enako dobro. Zelo pomembno je tudi nadzorovano okolje. Na splošno se amoniak sintetizira s česanjem enega volumna dušika s tremi volumni vodika v prisotnosti poroznega železa kot katalizatorja. Haberjev postopek izvede to reakcijo pri optimalni temperaturi 1022°F (550°C) in tlaku od 2175 do 3626 psi (15 do 25 MPa).
Vodik za reakcijo se običajno pridobi z reakcijo metana ali zemeljskega plina s paro v prisotnosti nikljevega oksida kot katalizatorja. Element nato preide čez plasti železovega oksida, skupaj z dušikovim plinom iz ozračja. Ker je reakcija pri sobni temperaturi zelo počasna, se temperatura poveča, da se proces pospeši. Ta reakcija je eksotermna, kar pomeni, da sprošča toploto, zato bo povišanje temperature le dalo prednost obratni reakciji in vodi k nadaljnjemu zmanjšanju produkta.
To je v skladu z Le Chatlierjevim načelom, ki pravi, da bo vsaka sprememba koncentracije, temperature, prostornine ali delnega tlaka v sistemu v ravnotežju povzročila premik ravnotežja, da bi preprečila vsiljeno spremembo. Preprosteje povedano, če se temperatura reakcije poveča, da se pospeši proizvodnja amoniaka, bo to povzročilo nadaljnjo razgradnjo proizvedenega amoniaka na dušik in vodik. Ker lahko katalizator učinkovito deluje le pri približno 752°F (400°C), je treba temperaturo vzdrževati med 752° in 1022°F (300° in 550°C).
Pomen pritiska
Haberjev proces običajno deluje najučinkoviteje v okoljih z zelo visokim pritiskom. To poveča tvorbo amoniaka in izboljša stopnjo zadrževanja končnega izdelka. Tudi v idealnih pogojih se v vsakem prehodu pridobi le približno 15 % amoniaka. Z večkratnim recikliranjem neizreagiranega plina je mogoče doseči skoraj 98-odstotno izkoriščanje. Kljub temu, da je ta nereagirani izdelek na voljo za recikliranje, je lahko težava. Zunaj okolja z visokim pritiskom je to skoraj nemogoče.
Zakaj je pomembno
Učinkovitost in uspešnost tega procesa je imela veliko koristi za številne industrije in proizvodne projekte. Amoniak je zelo pomemben za številne različne stvari – pogost je v hiši kot čistilni izdelek, vendar je bistvenega pomena tudi za proizvodnjo gnojil, ki vsebujejo dušik, in večine oblik streliva. Postopek se uporablja pri izdelavi skoraj 100 milijonov ton gnojil vsako leto, prav tako pa je ključnega pomena za večino vojaških in obrambnih izvajalcev po vsem svetu.