Hvad er ammoniaksyntese?
Ammoniaksyntese er produktion af ammoniak fra kombinationen af brint- og nitrogengasser.Det meste af den producerede ammoniak bruges som gødning, skønt det kan bruges til andre formål, såsom at fremstille sprængstoffer.Processen blev udviklet i Tyskland i de tidlige 1900'ere.
Atmosfæren er fuld af nitrogengas, men den er ureaktiv og kombineres generelt ikke med andre elementer.Den grundlæggende strategi for fremstilling af ammoniak, NH 3 , er at kombinere brintgas, H 2 , med nitrogengas, N 2 , ved en høj temperatur og under højt tryk.Kemisk er dette en vanskelig reaktion, så det kræver, at en agent fremskynder processen.
En katalysator er en forbindelse, der får en reaktion til at fortsætte hurtigere.Ved ammoniaksyntese er den anvendte katalysator generelt jern.Den anvendte type jern er reduceret magnetitmalm .Der er andre kemikalier, der kan bruges som katalysatorer, men jern er det mest almindelige.
Kilden til brintgas er normalt naturgas, også kendt som metan, Ch 4 .Dette beskriver den grundlæggende proces med ammoniaksyntese.Mange andre trin finder sted i et ammoniaksynteseanlæg.Svovlforbindelser fjernes først fra naturgasen ved at reagere med zinkoxid, som omdannes til zinksulfid.Dette efterlader fri metan, der gennemgår flere flere transformationer for at generere brintgas.
Den anvendte temperatur er omkring 1482 DEG;F (400 deg; c).Det anvendte tryk er mindre end hvad der er optimalt for reaktionen.Af sikkerhedsmæssige årsager anvendes tryk på omkring 200 atmosfærer (ATM).Udbyttet er ca. 10-20% under disse forhold.Når blandingen forlader reaktoren, afkøles den, så ammoniakken bliver en væske.Varmen er fanget og genanvendt til at opvarme de indkommende gasser.
Denne ammoniaksyntesemetode er kendt som Haber-processen , fordi den blev skabt af den tyske kemiker Fritz Haber, der udviklede betingelserne for den kemiske reaktion.Han udviklede det under en mangel på nitrogenholdig gødning i de tidlige 1900'ere, og fordi Tyskland havde brug for eksplosiver til første verdenskrig. I øjeblikket produceres ammoniak i stor skala i hele verden.
En alternativ måde at gøre brint forReaktion er gennem elektrolyse af vand.Elektrolyse bruger elektricitet til at nedbryde forbindelser.I dette tilfælde nedbrydes vand til brint og ilt.Dette er blevet gjort i forbindelse med elproduktion fra vandkraftanlæg.Så langt tilbage i 1911 er elektrolysen af vand blevet brugt til at tilvejebringe brint til syntese af ammoniak.
Nogle mikroorganismer er i stand til at bruge nitrogengas fra luften til at producere ammoniak.Denne proces kaldes nitrogenfiksering .I dette tilfælde er katalysatorerne komplekse enzymer kendt som nitrogenaser .Bakterierne, der udfører denne proces, lever på rødderne af bælgfrugter, såsom ærplanter.Nitrogenfiksering har forbedret mange jords næringsstatus markant.