Was ist der Haber-Bosch-Verfahren? Wie wichtig ist es für die Produktion von Düngemitteln, Getreide anzubauen und die Welt zu ernähren? Warum ist es ökologisch schädlich und welche Alternativen zum Haber Bosch-Verfahren gibt es? Schauen wir mal.

Was ist der Haber-Bosch-Verfahren?

Das Haber-Bosch-Verfahren ist eine Technik, die Ammoniak direkt synthetisiert, indem der natürlich reichlich vorhandene Stickstoff in der Atmosphäre eingefangen und mit Wasserstoff reagiert wird., Laut einem in der Akademischen Presse veröffentlichten Papier wird Ammoniak überwiegend mit Hilfe eines Eisenkatalysators bei hohen, sehr hohen Temperaturen und Drücken (400-500°C, 15-20 MPa) hergestellt.

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Die Reaktanten des Haber-Bosh-Prozesses: Wasserstoff und Stickstoff

Das Verständnis, wie die Reaktanten für den Haber-Bosh-Prozess gewonnen werden, hilft, seine ökologischen Auswirkungen weiter zu erklären., Weder Wasserstoff noch Stickstoff existieren allein im Universum, und ihre Gewinnung erfordert chemische Manipulation, Energieausgaben und den Einsatz spezifischer Infrastrukturen und Instrumente.

Wie Wasserstoff für den Haber-Bosh-Prozess gewonnen wird

Wasserstoff wurde typischerweise durch Wasserhydrolyse erhalten, die aus einem elektrischen Strom besteht, der durch Wasser fließt und Sauerstoff von Wasserstoff trennt. Nichtsdestotrotz ist heute die Dampfmethanreformierung, bei der Methan mit überhitztem Dampf gemischt wird, aufgrund seiner höheren Effizienz und geringeren Kosten die gebräuchlichste Methode., Auf diese Weise wird Wasserstoff üblicherweise über Methan gewonnen – ein Gas, das laut EDF 84-mal stärker ist als Kohlendioxid.

Gewinnung von Stickstoff für den Haber-Bosh-Prozess

Stickstoff wird durch fraktionierte Destillation der verflüssigten Luft (durch Abkühlen auf weniger als-200º Celsius) erhalten und geht über Kohlenstoff -, Sauerstoff-und Spurengasfiltrationen.,

Warum der Haber-Bosh-Prozess und der Bedarf an Düngemitteln

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wuchs die Weltbevölkerung exponentiell, ebenso die Lebenserwartung dank medizinischer Fortschritte und technologischer Entwicklungen. Infolgedessen konnte die Nahrungsmittelversorgung der Welt nicht mit dem Tempo des Bevölkerungswachstums Schritt halten, und Wissenschaftler suchten nach Wegen, die Bodenproduktivität zu steigern.,

Sobald Wissenschaftler entdeckten, dass die Verfügbarkeit des Makronährstoffstickstoffs das Pflanzenwachstum einschränkte, begannen die Landwirte, Mist und tierische Abfälle auf ihrem Boden zu verteilen, um Nitrate hinzuzufügen. Sie pflanzten auch Arten, die natürlich helfen, Stickstoff im Boden wie Soja oder Erdnüsse zu fixieren. Nichtsdestotrotz lieferte diese Methode keine essentiellen Nitrate, um das Pflanzenwachstum zu steigern und die Nahrungsnachfrage zu befriedigen.

1909 fand Haber heraus, dass er atmosphärischen Stickstoff erfolgreich fixieren kann, indem er ihn in Ammoniak umwandelt., Einige Jahre später entwickelte Bosch anhand der Erkenntnisse von Haber die erste industrielle Anwendung des Haber Bosch-Verfahrens, und Stickstoffdünger wurden in großem Maßstab hergestellt, um das Pflanzenwachstum anzukurbeln und die Welt zu ernähren. Heute ist das Haber Bosch-Verfahren ein wesentlicher Bestandteil des konventionellen Anbaus weltweit.,

Die Nachteile des Haber Bosch-Prozesses

Das Haber Bosch-Verfahren führt zu Eutrophierung und Biodiversitätsverlust

Das Haber Bosch-Verfahren wirkt sich ökologisch aus, da Bodendünger leicht in Wasser löslich sind und folglich in Abwässern leicht aus dem dafür vorgesehenen Boden transportiert werden können. Wenn sie große Gewässer erreichen, tritt ein Phänomen auf, das als Eutrophierung bezeichnet wird-das exponentielle, unnatürliche Wachstum von Algen, das die Oberfläche des Wasserkörpers bedeckt und verhindert, dass Sonnenlicht untergetauchte Arten erreicht.,

Infolgedessen können untergetauchte Organismen keine Photosynthese durchführen und sterben ab. Darüber hinaus verbrauchen Algen auch den größten Teil des Sauerstoffs des Wassers, was häufig dazu führt, dass Fische an Sauerstoffmangel sterben und weitere Auswirkungen auf das Ökosystem aufgrund ihrer Abwesenheit

Hoher Energieverbrauch wird im Haber Bosch-Prozess verwendet

Laut einem in CellPress veröffentlichten und in ScienceDirect verfügbaren Papier ist die Produktion von Ammoniak über das Haber-Bosch-Verfahren „die energieintensivste Rohstoffchemikalie, die für 1% -2% des globalen Energieverbrauchs und 1% des globalen Energieverbrauchs verantwortlich ist.,44% der CO2-Emissionen“.

Laut Professor Nishibayashi vom Institut für Systeminnovation der Universität Tokio verbraucht das Haber-Bosch-Verfahren auch 3 bis 5 Prozent des gesamten produzierten Erdgases (fossiler Brennstoff).

Der Haber-Bosch-Prozess und das Blue-Baby-Syndrom oder die Methämoglobinämie

Die Methämoglobinämie wird als verminderte Fähigkeit des Blutes beschrieben, Sauerstoff aufgrund reduzierter Hämoglobinwerte zu transportieren., Eine der häufigsten Ursachen ist Nitrat im Trinkwasser, das durch das Auslaugen von Stickstoffdünger in das Grundwasser-Trinkwasser-entstehen kann.

Da es besonders Säuglinge betrifft, die Anzeichen von Bläue um Hände, Mund und Füße zeigen, wurde das Syndrom als Blue-Baby-Syndrom bezeichnet. Laut der Weltgesundheitsorganisation können einige Kinder Atembeschwerden sowie Erbrechen und Durchfall haben. In extremen Fällen gibt es ausgeprägte Lethargie, eine Zunahme der Speichelproduktion, Bewusstlosigkeit und Krämpfe und sogar den Tod.,

SWAP: eine Alternative zum Haber-Bosch-Verfahren?

Laut Professor Nishibayashi von der Universität Tokio fanden er und sein Team in einer in Nature veröffentlichten Studie eine neue Art der Ammoniaksynthese, die weitaus sauberer, einfacher und billiger ist als das Haber Bosch-Verfahren. Laut Nishibayashi erzeugt der „SWAP-Prozess Ammoniak mit der 300-500-fachen Rate des Haber-Bosch-Prozesses und einer Effizienz von 90 Prozent“.,

Darüber hinaus erfordert das Samarium-Water Ammoniak Production (SWAP)-Verfahren nur leicht verfügbare Laborgeräte und recycelbare Chemikalien, während das Haber-Bosch-Verfahren industrielle Großgeräte erfordert.

Nishibayashi schlägt vor, dass jeder mit den richtigen Ausgangsmaterialien SWAP auf einem Tisch-Top-Chemie-Labor durchführen kann., Aus der Sicht der Souveränität sieht die SWAP-Technik vielversprechend aus, da sie von denjenigen verwendet werden kann, die sonst durch die großen Kapitalinvestitionen, die im Falle des HB-Prozesses erforderlich sind, gestoppt würden und den Prozess der Ammoniakproduktion dezentralisieren.

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