نظرة عامة على عملية هابر بوش

ال عملية هابر بوش هي عملية تعمل على إصلاح النيتروجين بالهيدروجين لإنتاج الأمونيا - وهو جزء مهم في تصنيع الأسمدة النباتية. تم تطوير العملية في أوائل القرن العشرين بواسطة فريتز هابر وتم تعديلها لاحقًا لتصبح عملية صناعية لصنع الأسمدة بواسطة كارل بوش. يعتبر العديد من العلماء والعلماء عملية هابر بوش واحدة من أهم التطورات التكنولوجية في القرن العشرين.

تعد عملية هابر بوش مهمة للغاية لأنها كانت أولى العمليات التي تم تطويرها والتي سمحت للناس بإنتاج الأسمدة النباتية بكميات كبيرة بسبب إنتاج الأمونيا. كانت أيضًا واحدة من أولى العمليات الصناعية التي تم تطويرها لاستخدام الضغط العالي لإنشاء تفاعل كيميائي (راي دوبري, 2011). وقد أتاح ذلك للمزارعين زراعة المزيد من الغذاء ، وهو ما جعل ذلك ممكناً الزراعة لدعم عدد أكبر من السكان. يعتبر الكثيرون أن عملية هابر بوش هي المسؤولة عن تيار الأرض الإنفجار السكاني كـ "ما يقرب من نصف البروتين في البشر اليوم نشأ بالنيتروجين الثابت من خلال عملية هابر بوش" (راي دوبري ، 2011).

بحلول الفترة تصنيع نما عدد السكان بشكل كبير ، ونتيجة لذلك ، كانت هناك حاجة لزيادة إنتاج الحبوب وبدأت الزراعة في مناطق جديدة مثل روسيا والأمريكتين وأستراليا (

في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، بدأ العلماء ، معظمهم من الكيميائيين ، في البحث عن طرق لتطوير الأسمدة عن طريق تثبيت النيتروجين بشكل مصطنع كما تفعل البقوليات في جذورها. في 2 يوليو 1909 ، أنتج فريتز هابر تدفقًا مستمرًا من الأمونيا السائلة من الهيدروجين والنيتروجين الغازات التي تم تغذيتها في أنبوب حديدي مضغوط ساخن فوق محفز فلز الأوزميوم (موريسون ، 2001). كانت المرة الأولى التي يتمكن فيها أي شخص من تطوير الأمونيا بهذه الطريقة.

في وقت لاحق ، عمل كارل بوش ، وهو مهندس تعدين ومهندس ، لإتقان هذه العملية لتوليف الأمونيا بحيث يمكن استخدامها على نطاق عالمي. في عام 1912 ، بدأ بناء مصنع بطاقة إنتاجية تجارية في أوباو ، ألمانيا. كان المصنع قادرًا على إنتاج طن من الأمونيا السائلة في خمس ساعات وبحلول عام 1914 كان المصنع ينتج 20 طنًا من النيتروجين القابل للاستخدام في اليوم (موريسون ، 2001).

مع بداية الحرب العالمية الأولى، توقف إنتاج النيتروجين للأسمدة في المصنع وتحول التصنيع إلى إنتاج المتفجرات لحرب الخنادق. تم افتتاح مصنع ثانٍ لاحقًا في ساكسونيا بألمانيا لدعم المجهود الحربي. في نهاية الحرب ، عاد المصنعان إلى إنتاج الأسمدة.

تعمل العملية اليوم مثلما فعلت في الأصل باستخدام ضغط مرتفع للغاية لفرض تفاعل كيميائي. يعمل عن طريق تثبيت النيتروجين من الهواء بالهيدروجين من الغاز الطبيعي لإنتاج الأمونيا (رسم بياني). يجب أن تستخدم العملية ضغطًا عاليًا لأن جزيئات النيتروجين تتماسك مع روابط ثلاثية قوية. تستخدم عملية Haber-Bosch محفزًا أو حاوية مصنوعة من الحديد أو الروثينيوم مع درجة حرارة داخلية تزيد 800 فهرنهايت (426 درجة مئوية) وضغط يبلغ حوالي 200 غلاف جوي لإجبار النيتروجين والهيدروجين معًا (Rae-Dupree ، 2011). ثم تنتقل العناصر خارج المحفز إلى مفاعلات صناعية حيث يتم تحويل العناصر في النهاية إلى أمونيا سائلة (Rae-Dupree، 2011). ثم يتم استخدام الأمونيا السائلة لإنشاء الأسمدة.

واليوم ، تساهم الأسمدة الكيماوية بنحو نصف النيتروجين في الزراعة العالمية ، وهذا الرقم أعلى في البلدان المتقدمة.

اليوم ، الأماكن الأكثر طلبًا على هذه الأسمدة هي أيضًا الأماكن التي يوجد بها سكان العالم ينمو أسرع. تظهر بعض الدراسات أن حوالي 80 في المائة من الزيادة العالمية في استهلاك الأسمدة النيتروجينية بين عامي 2000 و 2009 جاءت من الهند والصين "(مزج, 2013).

على الرغم من النمو في أكبر دول العالم ، فإن النمو السكاني الكبير على الصعيد العالمي منذ عام يوضح تطور عملية هابر بوش مدى أهمية التغييرات العالمية تعداد السكان.

كما أن العملية الحالية لتثبيت النيتروجين ليست فعالة تمامًا ، ويتم فقد كمية كبيرة بعد أن يتم تطبيقه على الحقول بسبب الجريان السطحي عندما تمطر وغاز طبيعي عند جلوسه مجالات. كما أن إنشائه مكثف للغاية للطاقة بسبب ضغط درجة الحرارة المرتفع اللازم لكسر الروابط الجزيئية للنيتروجين. يعمل العلماء حاليًا على تطوير طرق أكثر كفاءة لإكمال العملية وخلق طرق أكثر صداقة للبيئة تدعم الزراعة في العالم وتزايد السكان.