https://doi.org/10.15255/KUI.2018.029
Objavljen: Kem. Ind. 67 (11-12) (2018) 479–493
Referentni broj rada: KUI-29/2018
Tip rada: Pregledni rad / Povijest kemije i kemijskog inženjerstva
Preuzmi rad:  PDF

Sto godina Haber-Boschova postupka dobivanja amonijaka izravnom sintezom od sastavnih elemenata

Z. Janović i A. Jukić

Sažetak

Sintezu amonijaka izravno od dušika i vodika, nakon pokušaja većeg broja poznatih znanstvenika, uspješno su proveli Fritz Haber i Carl Bosch početkom 20. stoljeća. Njihovim otkrićima prethodila su sveobuhvatna istraživanja utvrđivanja učinkovitog katalitičkog sustava, reakcijskih i procesnih čimbenika. Reakcija se uspješno provodi pod visokim tlakom i pri visokoj temperaturi uz željezov, osmijev ili uranijev katalizator. To otkriće pripada najznačajnijima u povijesti kemije, katalize i kemijskog inženjerstva budući da je amonijak postao izvor gotovo svih dušikovih spojeva, nužnih u poljoprivrednoj, kemijskoj, farmaceutskoj proizvodnji i dobivanju polimernih materijala, eksploziva i drugih. Najviše se upotrebljava za pripravu sintetičkih, dušikovih gnojiva kojima se višestruko povećavaju poljoprivredni prinosi a tako i veće količine prehrambenih proizvoda nužnih za život rastućeg broja svjetskog stanovništva. Za ta postignuća autorima su dodijeljene Nobelove nagrade za kemiju: Fritzu Haberu 1918. “za sintezu amonijaka od elemenata” i Carlu Boschu, 1931. (zajedno s Fridrichom Bergiusom) “za doprinos otkriću i razvitku kemijskih procesa pri visokom tlaku”. U ovom preglednom radu o sintezi amonijaka od elemenata prikazana je povijest otkrića i prinosi autora i njihovih suradnika, od laboratorijskih istraživanja do industrijske proizvodnje. Opisan je i značaj i utjecaj tih otkrića na razvitak temeljnih i primijenjenih istraživanja, posebice katalitičkih reakcija kao i novih procesa u kemijskoj proizvodnji. Također je prikazan i razvitak i primjena novih katalizatora kao što su: katalizatori na temelju rutenija, željezov Fe_1−xO katalizator i željezov katalizator uz dodatak kobalta. Dan je i kratki opis rezultata istraživanja novih postupaka sinteze amonijaka pri blagim reakcijskim uvjetima, što bi značajno smanjilo utrošak energije i investicijskih troškova kao i nastajanja manjih količina ekološki štetnog ugljikova dioksida. Ta su istraživanja razvrstana na biološke, elektrokemijske i metode nastajanja kompleksnih spojeva metal-dušik. Ukratko su opisani i životopisi i znanstvena dostignuća najznačajnijih sudionika u navedenim otkrićima, uz F. Habera i C. Boscha također i Gerharda Ertla i Alwina Mittascha. Fritz Haber, njemački kemičar, profesor Tehničkog veleučilišta u Karlsruheu, uz mnoga znanstvena postignuća, godine 1908. otkrio je sintezu amonijaka od elemenata uz željezov, osmijev ili uranijev katalizator, uključivo i rješenje reaktorskog uređaja. Patentna prava otkupila je tvrtka BASF. Carl Bosch, njemački kemijski inženjer, zaposlenik BASF-a, izradio je reaktor za rad pod visokim tlakom i u atmosferi vodika za sintezu amonijaka i vodio izgradnju industrijskog postrojenja, Haber-Boschovim postupkom, prvo u mjestu Oppau, a zatim, većeg kapaciteta, u Mersenburgu. Alwin Mittasch, njemački kemičar slavenskog podrijetla, otkrio je vrlo aktivan i postojan željezov katalizator za sintezu amonijaka, dodatkom određenih metalnih oksida, promotora (Al₂O₃, CaO, i K₂O). Gerhard Ertl, njemački fizikalni kemičar, profesor Sveučilišta u Münchenu, dobitnik je Nobelove nagrade za kemiju, za razvitak područja kemijskih reakcija na čvrstim površinama. Postavio je mehanizam reakcije sinteze amonijaka i utjecaj K₂O promotora. Svjetska proizvodnja amonijaka Haber-Boschovim procesom danas je veća od 150 milijuna tona godišnje.

Ovo djelo je dano na korištenje pod licencom Creative Commons Imenovanje 4.0 međunarodna

Ključne riječi

sinteza amonijaka, Fritz Haber, Carl Bosch, Haber-Boschov proces, željezov katalizator, Gerhard Ertl, Alwin Mittasch