czym jest proces Haber Bosch? Jak ważne jest dla produkcji nawozów, aby uprawiać rośliny i karmić świat? Dlaczego jest ekologicznie szkodliwy i jakie są inne alternatywy dla procesu Haber Bosch? Zobaczmy.
czym jest proces Haber Bosch?
proces Habera-Boscha jest techniką, która bezpośrednio syntetyzuje amoniak poprzez wychwytywanie naturalnie obfitego azotu w atmosferze i reagowanie go z wodorem., Według artykułu opublikowanego w Academic Press, amoniak jest wytwarzany głównie za pomocą katalizatora żelazowego w wysokich bardzo wysokich temperaturach i ciśnieniach(400-500°C, 15-20 MPa).
- Related: w jaki sposób proces Haber Bosch jest związany z wylesianiem?
substancje reagujące w procesie Haber Bosh: wodór i azot
zrozumienie sposobu uzyskiwania substancji reagujących w procesie Haber Bosh pomaga wyjaśnić jego wpływ na środowisko., Ani Wodór, ani azot nie istnieją same we wszechświecie, a ich uzyskanie wymaga manipulacji chemicznej, wydatkowania energii i korzystania z określonej infrastruktury i instrumentów.
W Jaki Sposób otrzymywany jest wodór w procesie Habera Bosha
Wodór otrzymywany jest zazwyczaj w drodze hydrolizy wody, polegającej na przepływie prądu elektrycznego przez wodę i oddzielaniu tlenu od wodoru. Niemniej jednak obecnie reforming metanu z parą wodną, w którym Metan miesza się z parą przegrzaną, jest najczęstszą metodą ze względu na wyższą wydajność i niższe koszty., W ten sposób wodór jest powszechnie otrzymywany przez metan – gaz 84 razy silniejszy niż dwutlenek węgla według EDF.
otrzymywanie azotu w procesie Habera Bosha
azot otrzymuje się poprzez frakcyjną destylację powietrza, które jest skroplone (przez schłodzenie do temperatury poniżej-200ºC) i przechodzi przez filtrację węgla, tlenu i gazów śladowych.,
dlaczego proces Habera Bosha i zapotrzebowanie na nawozy
na początku XX wieku światowa populacja rosła wykładniczo, podobnie jak średnia długość życia dzięki postępowi medycznemu i rozwojowi technologii. W konsekwencji światowe zapasy żywności nie nadążały za tempem wzrostu populacji, a naukowcy zaczęli szukać sposobów na zwiększenie wydajności gleby.,
gdy naukowcy odkryli, że dostępność makroskładnikowego azotu ogranicza wzrost roślin, rolnicy zaczęli rozrzucać obornik i odpady zwierzęce na swoją glebę, aby dodać do niej azotany. Posadzili również gatunki, które naturalnie pomagają wiązać azot w glebie, takie jak soja lub orzeszki ziemne. Jednak ta metoda nie dostarczyła niezbędnych azotanów do zwiększenia wzrostu roślin i zaspokojenia zapotrzebowania na żywność.
w 1909 roku Haber zorientował się, że może z powodzeniem wiązać azot atmosferyczny, przekształcając go w amoniak., Kilka lat później, wykorzystując odkrycia Habera, firma Bosch opracowała pierwsze Przemysłowe zastosowanie procesu Haber Bosch, a nawozy azotowe zaczęto produkować na dużą skalę, aby zwiększyć wzrost upraw i nakarmić świat. Obecnie proces Haber Bosch jest kluczowym elementem konwencjonalnego procesu uprawy roślin na całym świecie.,
wady procesu Habera Boscha
proces Habera Boscha prowadzi do eutrofizacji i utraty różnorodności biologicznej
proces Habera Boscha ma wpływ ekologiczny, ponieważ nawozy glebowe są łatwo rozpuszczalne w wodzie i w konsekwencji łatwo transportowane z wyznaczonej przez nie gleby w wodach odpływowych. Gdy docierają do dużych zbiorników wodnych, dochodzi do zjawiska zwanego eutrofizacją – wykładniczego, nienaturalnego wzrostu glonów, które pokrywają powierzchnię zbiornika wodnego, uniemożliwiając dostęp światła słonecznego do zanurzonych gatunków.,
w konsekwencji zanurzone organizmy nie są w stanie przeprowadzić fotosyntezy i umrzeć. Co więcej, glony zużywają również większość tlenu w wodzie, co często prowadzi do obumierania ryb z powodu braku tlenu i dalszego oddziaływania na ekosystem z powodu ich braku
wysokie poziomy zużycia energii są wykorzystywane w procesie Haber Bosch
zgodnie z artykułem opublikowanym w CellPress i dostępnym w ScienceDirect, produkcja amoniaku w procesie Haber-Bosch „jest najbardziej energochłonną chemią towarową, odpowiedzialną za 1% -2% globalnego zużycia energii i 1.,44% emisji CO2”.
według profesora Nishibayashi z Wydziału innowacji systemowych Uniwersytetu Tokijskiego, proces Haber-Bosch zużywa również 3 do 5 procent całego wyprodukowanego gazu ziemnego (paliwa kopalnego).
proces Habera Boscha i zespół niebieskiego dziecka lub methemoglobinemia
methemoglobinemia jest opisana jako zmniejszona zdolność krwi do przenoszenia tlenu z powodu obniżonego poziomu prawidłowej hemoglobiny., Jedną z najczęstszych przyczyn jest azotan w wodzie pitnej, który może być powstały przez pijawkowanie nawozu azotowego do wód gruntowych-wody pitnej.
ponieważ dotyczy to szczególnie niemowląt, które wykazują oznaki niebieskości wokół rąk, ust i stóp, zespół ten został znany jako syndrom niebieskiego dziecka. Według Światowej Organizacji Zdrowia niektóre dzieci mogą mieć problemy z oddychaniem, a także wymioty i biegunkę. W skrajnych przypadkach występuje wyraźny letarg, wzrost produkcji śliny, utrata przytomności i drgawki, a nawet śmierć.,
SWAP: alternatywa dla procesu Haber Bosch?
według profesora Nishibayashi z Uniwersytetu Tokijskiego, on i jego zespół znaleźli, w badaniu opublikowanym w Nature, nowy sposób syntezy amoniaku, który jest o wiele czystszy, łatwiejszy i tańszy niż proces Habera Boscha. Według Nishibayashi „proces wymiany wytwarza amoniak w tempie 300-500 razy większym niż proces Haber-Bosch i przy wydajności 90 procent”.,
ponadto odkryty proces produkcji amoniaku w wodzie Samaru (SWAP) wymaga tylko łatwo dostępnego sprzętu laboratoryjnego i chemikaliów nadających się do recyklingu, podczas gdy proces Haber-Bosch wymaga dużych urządzeń przemysłowych.
Nishibayashi sugeruje, że każdy, kto ma odpowiednie materiały źródłowe, może wykonać zamianę na stołowym laboratorium chemicznym., Z punktu widzenia suwerenności technika wymiany wygląda obiecująco w tym sensie, że może być stosowana przez tych, którzy w przeciwnym razie zostaliby zatrzymani przez duże inwestycje kapitałowe wymagane w przypadku procesu HB, decentralizującego proces produkcji amoniaku.
- Related: czy awokado jest zrównoważone? Jakie Są Konsekwencje Produkcji Awokado?