하버 프로세스(Haber Process)라는 용어를 검토하고 여기에 산업, 암모니아, 질소, 비료, 에너지 소비 등의 설명적인 단어를 곁들인다면 대부분의 사람들은 작품에 의해 연기 기둥을 내뿜으며 작업하는 공장의 이미지를 떠올리게 될 것입니다. 긴 굴뚝을 통해 공기를 배출하고, 한마디로 환경을 오염시킵니다. 물론 그 중 일부 또는 많은 부분이 있습니다. 그러나 역설적이게도 이는 실제로 근본적인 긍정적인 효과도 가지고 있으며, 저는 경제나 그것이 창출하는 일자리만을 언급하는 것이 아닙니다.
정확하게 말하면, 이 공정을 하버-보쉬(Haber-Bosch)라고 부르는 이유는 그 창시자가 1910년 두 명의 독일 화학자 프리츠 하버(Fritz Haber)와 칼 보쉬(Carl Bosch)가 협력하여 대기 중 이질소와 이수소의 반응을 통해 암모니아를 생산하는 시스템을 개발했기 때문입니다. 고온 및 고압에서의 금속 촉매.
Birkeland-Eyde 또는 Frank-Caro와 같이 그때까지 존재했던 시스템은 효율적이지 않았기 때문에 산업 규모로 암모니아를 생산하는 데 그때까지 존재했던 어려움으로 인해 이 발명은 매우 중요했습니다.
그리고 왜 그렇게 많은 암모니아가 필요했습니까? 현재 우리는 그것이 비료의 기본 성분이기 때문에 그렇게 말할 것입니다. 그러나 20세기 초반의 목표는 폭발물과 탄약 생산이었습니다. 이런 의미에서 독일은 점점 더 피할 수 없게 다가오는 전쟁에 몰두했던 군비 경쟁에 특별한 관심을 가졌고, 전쟁이 발발했을 때 독일 군수 산업의 원자재 제한을 의미했습니다. , 연합군이 칠레로부터의 초석 수입을 막았기 때문입니다(회사는 영국 기업이었습니다).
실제로 암모니아와 질산염에 대한 수요 증가는 튜턴족뿐만 아니라 지난 세기 이후 전 세계적으로 증가했습니다. 앞서 말했듯이 질소의 중요한 공급원인 우리 공기가 있는데, 이 원소는 87%를 차지하지만 너무 안정적이어서 다른 화학 제품과 반응시키기 어렵습니다. 그렇기 때문에 그의 개종을 달성하는 것이 과학에 대한 도전이었습니다. 프리츠 하버(Fritz Haber)는 공기 방울에서 한 방울씩 암모니아를 생산하는 고압 장비를 제조했으며 1909년에 공식적으로 발표했습니다.
튜턴 회사인 BASF는 산업 규모에 적용하기 위해 이 발명품을 인수했으며, Carl Bosch가 이듬해에 이 개조 작업을 담당하고 1913년에 암모니아 제조를 시작했습니다. 하루 20톤이 생산되기 시작했을 때 성공은 분명했습니다. 원하는 양의 탄약을 생산할 수 있게 되었습니다. 그리하여 독일은 누구에게도 의지하지 않고 제1차 세계대전을 맞이할 수 있었는데, 그런데 칠레산 초석의 판매량이 3분의 2나 급락하고 가격도 폭락했다.
전쟁이 끝나자 가능한 편견은 제쳐두고 학문적 정의가 확립되었습니다. 하버와 보쉬의 업적은 공로의 일부였으며 나중에 다른 주제에 대한 연구로 확대되어 1918년에 노벨 화학상을 수상하게 되었습니다. 그리고 각각 1931년.
자랑스러운 애국자인 하버는 제2차 이프르 전투와 동부 전선에서 사용된 디클로르 가스 개발에 참여했다고 말해야 합니다. 대신 그는 기독교인이지만 유대인 혈통이었기 때문에 나치에서 일하는 것을 거부했습니다(아이러니하게도 그들은 최종 해결책을 위해 그의 가스를 사용했습니다). 보쉬도 그런 문제를 다루고 싶지 않았습니다.
시대가 바뀌었고 오늘날 Haber 공정의 주요 용도는 비료로 사용할 암모니아를 생산하는 것입니다. 이를 위해 질소와 수소(탄소와 수소 원자를 분리하는 니켈 촉매의 천연가스 내 메탄에서 얻음)는 약 400~500°의 온도와 150~300기압의 압력에서 결합됩니다. 원래의 일반 촉매인 오스뮴은 나중에 더 풍부한 우라늄으로 대체되었지만 이제는 비용이 절감되는 마그네타이트(산화철분말) 기반 촉매가 사용됩니다.
Haber가 자신의 시스템을 고안하기 전까지 산업용 비료는 Adolph Frank와 Nikodem Caro가 1898년에 발명한 Cyanamide Process(따라서 Frank-Caro Process라고도 함)에 의해 만들어졌습니다. 이는 1,000도의 온도로 가열된 대형 강철 실린더에서 수행된 탄화칼슘과 질소의 발열 반응(즉, 에너지 생성)으로 구성되었으며, 이는 두 가지를 발생시켰습니다. 한편으로는 탄소; 다른 하나는 니트로림(비료의 기본이 되는 시안아미드 칼슘, 흰색 및 무취 결정체의 고체 혼합물)입니다.
문제는 이 방법이 막대한 전력 소모와 막대한 노동력을 필요로 했기 때문에 하버 프로세스가 확산되면서 뒷전으로 밀려났다는 점이다. 그것은 여전히 사용되고 있지만 연간 약 4억 5천만 톤의 생산량으로 산업 부문에서 실제로 가장 큰 몫을 차지하는 또 다른 하나입니다. 반대로 이를 위해서는 전 세계 천연가스의 3~5%를 사용해야 하며, 이는 대략 지구 에너지 공급량의 1~2%에 해당합니다.
데이터는 완전히 부정적으로 보일 수 있습니다. 특히 제조된 암모니아의 17%만이 소비되고 나머지는 지구, 공기 또는 물에 남는다는 사실과 같은 다른 파생 상품이 추가되면 더욱 그렇습니다. 일부 연구에 따르면 자연적인 질소 순환을 변화시킨 것입니다. 따라서 암모니아와 질산염의 절반 이상이 결국 토양을 통해 퍼지고, 유출수를 통해 강과 바다로 흘러가며, 과도한 영양분을 제공함으로써 생물학적 서식지에 영향을 미칩니다. 이로 인해 조류와 박테리아가 잘 먹혀서 증식하게 되고 다른 종에게 필요한 산소를 소비하게 됩니다. 이것을 부영양화라고 합니다.
사실 대기에서도 비슷한 일이 일어나 균형이 바뀌는데, 과도한 질소가 대류권의 오존을 농축하고 성층권의 오존을 감소시키기 때문입니다. 유리가 반쯤 차 있는 것을 보면, 공기 중 질소 비율이 높을수록 넓은 숲 덩어리에서 CO2를 포집하는 데 유리합니다. 더욱이, 이러한 모든 단점에 세계 인구의 성장 및 식량과 관련하여 훨씬 더 긍정적인 두 번째 해석을 추가할 수 있습니다. 이러한 비료의 사용은 지난 세기 농지의 생산성을 4배 증가시켰으며, 이 비료가 차지하는 비중은 15% 미만입니다. 지구 전체 표면의 면적입니다.
이는 1900년 16억 명에서 오늘날 70억 명으로 인구가 증가하는 인구 폭발적인 영향을 미쳤다는 사실도 사실입니다. 그러나 비료 덕분에 농업과 가축은 지구상 인류의 3분의 1을 부양할 정도로 중요한 수준에 도달했습니다. 그렇지 않으면 토지는 충분히 생산적이지 못할 것입니다.
