Если я рассмотрю термин «Процесс Габера» и сопроводлю его описательными словами, такими как промышленность, аммиак, азот, удобрения и потребление энергии, то почти неизбежно, что большинству на ум придет образ заводов, работающих поштучно, выпускающих столбы дыма в атмосферу. воздух через свои длинные дымоходы и, короче говоря, загрязняют окружающую среду. И кое-что из этого (или многое) конечно же есть. Но, как это ни парадоксально, у этого есть и положительные эффекты, на самом деле фундаментальные, и я имею в виду не только экономику или рабочие места, которые она создает.
Если быть точным, этот процесс называется Габер-Бош, потому что его создателями были Фриц Габер и Карл Бош, два немецких химика, которые рука об руку сотрудничали в 1910 году для разработки системы получения аммиака посредством реакции атмосферного динитрогена и диводорода, вызванной металлический катализатор при высокой температуре и давлении.
Изобретение имело большое значение из-за существовавших до того трудностей при производстве аммиака в промышленных масштабах, поскольку существовавшие до тех пор системы, такие как Биркеланд-Эйде или Франк-Каро, не были эффективными.
И зачем понадобилось столько аммиака? В настоящее время мы бы сказали так, потому что это основной компонент удобрений. Однако в те первые десятилетия ХХ века целью было производство взрывчатых веществ и боеприпасов. В этом смысле Германия имела особый интерес из-за гонки вооружений, в которую она была погружена перед лицом все более неизбежной войны, которая приближалась и которая, когда она наконец разразилась, означала ограничение сырья для немецкой военной промышленности. , поскольку союзники заблокировали импорт селитры из Чили (компании были британскими).
Фактически, с прошлого столетия растущий спрос на аммиак и нитраты наблюдался не только в Тевтонском Союзе, но и во всем мире. Как мы уже говорили, существует важный источник азота — наш собственный воздух, в котором этот элемент составляет 87%, но он настолько стабилен, что его трудно заставить реагировать с другими химическими продуктами; вот почему достижение его обращения было проблемой для науки. Фриц Габер изготовил прибор высокого давления, с помощью которого ему удалось по каплям получать аммиак из воздуха, и в 1909 году официально представил его.
Тевтонская компания BASF приобрела изобретение, чтобы применить его в промышленном масштабе, а Карл Бош отвечал за эту адаптацию в следующем году и начал производство аммиака в 1913 году. Успех стал очевиден, когда стали производить двадцать тонн в день. получено, что позволило производить боеприпасы в нужном количестве. Таким образом, Германия смогла встретить Первую мировую войну, не завися ни от кого, а продажи чилийской селитры, кстати, упали на две трети, а цена на нее резко упала.
После окончания войны возможные предрассудки были отброшены и установлена академическая справедливость:работы Габера и Босха вошли в список заслуг, позже расширенных исследованиями по другим темам, что привело к их присуждению Нобелевской премии по химии в 1918 году. и 1931 год соответственно.
Надо сказать, что Габер, гордый патриот, участвовал в разработке газообразного дихлора, использовавшегося во Второй битве при Ипре и на Восточном фронте; вместо этого он отказался работать на нацистов, потому что, хотя и был христианином, он был еврейского происхождения (по иронии судьбы, они использовали его газы для окончательного решения). Босх тоже не хотел с ними иметь дело.
Времена изменились, и сегодня основным применением процесса Габера является производство аммиака для использования в качестве удобрений. Для этого азот и водород (его получают из метана природного газа в никелевом катализаторе, разделяющем атомы углерода и водорода) соединяют при температуре около 400° или 500° и давлении от 150 до 300 атмосфер. Первоначальный общий катализатор, осмий, позже был заменен на более распространенный уран, но теперь используется недорогой катализатор на основе магнетита (порошок окисленного железа).
До тех пор, пока Габер не разработал свою систему, промышленные удобрения производились с помощью цианамидного процесса, изобретенного в 1898 году Адольфом Франком и Никодемом Каро (отсюда также называемый процессом Франка-Каро). Она заключалась в экзотермической реакции (т. е. с выделением энергии) карбида кальция с азотом, которая осуществлялась в больших стальных цилиндрах, нагретых до тысячи градусов температуры, что вызывало две вещи:с одной стороны, углерод; с другой, нитролим (твердая смесь цианамида кальция, белых кристаллов без запаха, служившая основой удобрений).
Проблема заключалась в том, что этот метод требовал потребления огромного количества электроэнергии и огромной рабочей силы, поэтому распространение процесса Габера отодвинуло его на второй план. Он до сих пор используется, но на самом деле львиную долю в промышленном секторе занимает именно другой, с объемом производства около 450 миллионов тонн в год. Для этого, напротив, требуется использование от 3% до 5% мирового природного газа, что примерно составляет от 1% до 2% энергообеспечения планеты.
Данные могут показаться совершенно отрицательными, особенно если добавить другие производные, например, тот факт, что только 17% произведенного аммиака потребляется, а остальная часть остается в земле, воздухе или воде; то, что, согласно некоторым исследованиям, изменило природный цикл азота. Таким образом, более половины аммиака и нитратов в конечном итоге распределяются через почву и со стоками попадают в реки и моря, влияя на их биологические среды обитания, обеспечивая их избытком питательных веществ. Это заставляет водоросли и бактерии размножаться, поскольку они хорошо питаются и потребляют кислород, необходимый другим видам. Это известно как эвтрофикация.
Фактически, нечто подобное происходит и в атмосфере, изменяя ее баланс, поскольку избыток азота обогащает озон в тропосфере и уменьшает его в стратосфере. Видя, что стакан наполовину полон, более высокий процент азота в воздухе способствует улавливанию CO2 большими лесными массивами. Более того, ко всем этим недостаткам мы можем добавить гораздо более позитивное второе чтение, связанное с ростом и питанием мирового населения:использование этих удобрений в прошлом веке увеличило в четыре раза продуктивность сельскохозяйственных угодий, позволив им занимать менее 15% всей поверхности Земли.
Это также имело последствия в виде демографического взрыва, который увеличил число жителей с 1600 миллионов в 1900 году до впечатляющих 7000 миллионов сегодня. Но благодаря удобрениям сельское хозяйство и животноводство достигли такого важного уровня, что они поддерживают треть населения планеты, иначе земля не была бы достаточно продуктивной.
