ハーバー・ボッシュ プロセス情報

報道写真/ウィキメディア・コモンズ

ハーバー プロセスまたはハーバー ボッシュ プロセスは、アンモニアまたは 窒素固定 .ハーバープロセスが反応する 窒素 と 水素 アンモニアを形成するガス:

N₂+ 3H₂→ 2NH₃(ΔH = −92.4 kJ・mol⁻¹)

ハーバープロセスの歴史

ドイツの化学者フリッツ・ハーバーとイギリスの化学者ロバート・ル・ロシニョールが、 は、1909 年に最初のアンモニア合成プロセスを実証しました。彼らは、加圧空気から一滴ずつアンモニアを生成しました。しかし、この卓上装置に必要な圧力を商業生産に拡張する技術は存在しませんでした。 BASF のエンジニアである Carl Bosch は、工業用アンモニア生産に関連する工学的問題を解決しました。 BASF のドイツのオッパウ工場は、1913 年にアンモニアの生産を開始しました。

ハーバー・ボッシュ・プロセスのしくみ

ハーバーの独自のプロセスは、空気からアンモニアを作りました。産業用ハーバー・ボッシュ法では、窒素ガスと水素ガスを圧力容器内で混合します。圧力容器には、反応を促進する特殊な触媒が含まれています。熱力学的観点からは、窒素と水素の間の反応は、室温と圧力で生成物に有利に働きますが、反応は多くのアンモニアを生成しません。反応は 発熱 ;温度と大気圧が上昇すると、平衡は急速に別の方向に切り替わります。

触媒と増加した圧力は、プロセスの背後にある科学的な魔法です。ボッシュの元の触媒はオスミウムでしたが、BASF はすぐに現在でも使用されている安価な鉄ベースの触媒に落ち着きました。最新のプロセスの中には、鉄触媒よりも活性の高いルテニウム触媒を使用するものがあります。

ボッシュはもともと水素を得るために水を電気分解しましたが、最新バージョンのプロセスでは天然ガスを使用してメタンを生成し、それを処理して水素ガスを生成します。世界の天然ガス生産量の 3 ～ 5% がハーバー プロセスに使われていると推定されています。

アンモニアへの変換は毎回約 15% にすぎないため、ガスは触媒床を複数回通過します。プロセスの終わりまでに、窒素と水素からアンモニアへの約 97% の変換が達成されます。

ハーバープロセスの重要性

ハーバー法は過去 200 年間で最も重要な発明であると考える人もいます。ハーバー プロセスが重要な主な理由は、アンモニアが植物の肥料として使用され、農家が増え続ける世界人口を支えるのに十分な作物を栽培できるようにするためです。ハーバー プロセスは、年間 5 億トン (4530 億キログラム) の窒素ベースの肥料を供給します。これは、地球上の 3 分の 1 の人々の食料を支えていると推定されています。

ハーバープロセスとの負の関連もあります。第一次世界大戦では、アンモニアを使用して硝酸を生成し、弾薬を製造しました。良くも悪くも、人口爆発は、肥料による食糧の増加がなければ起こらなかったと主張する人もいます。また、窒素化合物の放出は、環境に悪影響を及ぼしてきました。

_参考文献

_{地球を豊かにする：フリッツ・ハーバー、カール・ボッシュ、そして世界の食料生産の変容 、Vaclav Smil (2001) ISBN 0-262-19449-X.}

_{米国環境保護庁: 人間による地球規模の窒素循環の変化: 原因と結果 Peter M. Vitousek、議長、John Aber、Robert W. Howarth、Gene E. Likens、Pamela A. Matson、David W. Schindler、William H.シュレシンガー、G.デビッド・ティルマン}

_{フリッツ・ハーバーの伝記 、ノーベル電子博物館、2013 年 10 月 4 日検索。}