Tinjauan Umum tentang Proses Haber-Bosch

Itu Proses Haber-Bosch adalah proses yang memperbaiki nitrogen dengan hidrogen untuk menghasilkan amonia - bagian penting dalam pembuatan pupuk tanaman. Proses ini dikembangkan pada awal 1900-an oleh Fritz Haber dan kemudian dimodifikasi menjadi proses industri untuk membuat pupuk oleh Carl Bosch. Proses Haber-Bosch dianggap oleh banyak ilmuwan dan ilmuwan sebagai salah satu kemajuan teknologi terpenting abad ke-20.

Proses Haber-Bosch sangat penting karena merupakan proses pertama yang dikembangkan yang memungkinkan orang memproduksi pupuk tanaman secara massal karena produksi amonia. Itu juga salah satu proses industri pertama yang dikembangkan untuk menggunakan tekanan tinggi untuk menciptakan reaksi kimia (Rae-Dupree, 2011). Ini memungkinkan para petani untuk menanam lebih banyak makanan, yang pada gilirannya memungkinkannya pertanian untuk mendukung populasi yang lebih besar. Banyak yang menganggap proses Haber-Bosch bertanggung jawab atas arus Bumi ledakan populasi sebagai "sekitar setengah dari protein pada manusia saat ini berasal dari nitrogen yang difiksasi melalui proses Haber-Bosch" (Rae-Dupree, 2011).

Pada periode industrialisasi populasi manusia telah meningkat pesat, dan sebagai akibatnya, ada kebutuhan untuk meningkatkan produksi biji-bijian dan pertanian dimulai di daerah-daerah baru seperti Rusia, Amerika dan Australia (Morrison, 2001). Untuk membuat tanaman lebih produktif di daerah ini dan lainnya, petani mulai mencari cara untuk menambahkan nitrogen ke tanah, dan penggunaan pupuk kandang dan kemudian guano dan fosil nitrat tumbuh.

Pada akhir 1800-an dan awal 1900-an, para ilmuwan, terutama ahli kimia, mulai mencari cara untuk mengembangkan pupuk dengan cara memperbaiki nitrogen secara buatan seperti yang dilakukan oleh kacang-kacangan di akarnya. Pada 2 Juli 1909, Fritz Haber menghasilkan aliran amonia cair terus menerus dari hidrogen dan nitrogen gas yang dimasukkan ke dalam tabung besi panas dan bertekanan di atas katalis logam osmium (Morrison, 2001). Ini adalah pertama kalinya ada yang bisa mengembangkan amonia dengan cara ini.

Belakangan, Carl Bosch, seorang ahli metalurgi dan insinyur, bekerja untuk menyempurnakan proses sintesis amonia ini sehingga dapat digunakan pada skala dunia. Pada tahun 1912, pembangunan pabrik dengan kapasitas produksi komersial dimulai di Oppau, Jerman. Pabrik itu mampu menghasilkan satu ton amonia cair dalam lima jam dan pada tahun 1914 pabrik itu menghasilkan 20 ton nitrogen yang dapat digunakan per hari (Morrison, 2001).

Dengan dimulainya perang dunia I, produksi nitrogen untuk pupuk di pabrik berhenti dan pembuatan beralih ke peledak untuk perang parit. Pabrik kedua kemudian dibuka di Saxony, Jerman untuk mendukung upaya perang. Pada akhir perang kedua pabrik kembali memproduksi pupuk.

Proses ini bekerja hari ini seperti yang awalnya dilakukan dengan menggunakan tekanan yang sangat tinggi untuk memaksa reaksi kimia. Ia bekerja dengan memperbaiki nitrogen dari udara dengan hidrogen dari gas alam untuk menghasilkan amoniak (diagram). Proses ini harus menggunakan tekanan tinggi karena molekul nitrogen disatukan dengan ikatan rangkap tiga yang kuat. Proses Haber-Bosch menggunakan katalis atau wadah yang terbuat dari besi atau ruthenium dengan suhu di dalam lebih 800 F (426 C) dan tekanan sekitar 200 atmosfer untuk memaksa nitrogen dan hidrogen bersama (Rae-Dupree, 2011). Unsur-unsur kemudian pindah dari katalis dan ke reaktor industri di mana unsur-unsur tersebut akhirnya diubah menjadi amonia fluida (Rae-Dupree, 2011). Amonia cairan kemudian digunakan untuk membuat pupuk.

Saat ini, pupuk kimia berkontribusi sekitar setengah dari nitrogen yang dimasukkan ke pertanian global, dan jumlah ini lebih tinggi di negara maju.

Saat ini, tempat-tempat dengan permintaan paling besar untuk pupuk-pupuk ini juga merupakan tempat-tempat dimana populasi dunia tumbuh tercepat. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa sekitar "80 persen peningkatan global dalam konsumsi pupuk nitrogen antara 2000 dan 2009 berasal dari India dan Cina" (Bergaul, 2013).

Terlepas dari pertumbuhan di negara-negara terbesar di dunia, pertumbuhan populasi yang besar secara global sejak pengembangan proses Haber-Bosch menunjukkan betapa pentingnya perubahan global populasi.

Proses fiksasi nitrogen saat ini juga tidak sepenuhnya efisien, dan sejumlah besar hilang setelah itu diterapkan ke ladang karena limpasan ketika hujan dan gas alam mati saat duduk di bidang. Penciptaannya juga sangat intensif energi karena tekanan suhu tinggi yang diperlukan untuk memutus ikatan molekul nitrogen. Para ilmuwan saat ini bekerja untuk mengembangkan cara-cara yang lebih efisien untuk menyelesaikan proses dan untuk menciptakan cara-cara yang lebih ramah lingkungan mendukung pertanian dunia dan populasi yang terus bertambah.