Sto let Haber-Boschevega postopka

Pred točno sto leti, 14. septembra 1909, sta nemška kemika Fritz Haber in Carl Bosch, vložila zahtevek za podelitev patenta za pridobivanje amoniaka po postopku, ki se danes imenuje Haber-Boschev postopek. Gre za izjemno pomemben postopek, ki je revolucioniral pripravljanje gnojil in pridobivanje razstreliv. Prve korake na tem področju je napravil Haber, BASF pa je postopek kupil in dodelil Boschu, ki ga je priredil za masovno proizvodnjo.

Narava je namreč z dušikom še enkrat več pokazala svoj smisel za ironijo. Ta nereaktiven element je neobhodno potreben za uspevanje rastlin, naša atmosfera sestoji iz 80 odstotkov dušika, a ga v elementarni obliki ne morejo uporabiti skoraj nobena živa bitja. Le nekaj mikroorganizmov je sposobnih pretvarjanja elementarnega dušika v druge spojine (postopku pravimo fiksacija dušika), ki jih lahko izrabijo rastline za rast. Pred iznajdbo poceni postopka za pridobivanje amoniaka so kmetje reciklirali praktično vse organske odpadke, ki so jih lahko - gnoj, kompost, blato: vse jo romalo nazaj na polja, saj je vsebovalo fiksirani dušik (največkrat v obliki nitratov, nitritov in amoniaka).

Med prvo svetovno vojno je bil Haber-Boschev postopek bolj kot za poljedelstvo pomemben za izdelavo razstreliv. Osnovna sestavina je čilski soliter (kalijev nitrat), ki so ga pred tem pridobivali iz vsega, kar je smrdelo. Uporabljali so gnoj, gnojevko, trupla, odpadne vode pri strojarstvu itn. Z odkritjem velikih nahajališč v Čilu je Evropa postala odvisna od Južne Amerike pri uvozu čilskega solitra. Ko je po koncu vojne potreba po smodniku upadla, se je amoniak iz Haber-Boscheve sinteze začel intenzivno uporabljati za izdelavo gnojil.

Za Haber-Boschev postopek potrebujemo vodik in dušik. Dušika ni težko pridobiti, saj ga je v zraku več kot dovolj, odločimo pa ga lahko z utekočinjanjem zraka. Vodik so sprva pridobivali z elektrolizo vode, kar je energijsko zelo potratno. Na Norveškem so celo zgradili hidroelektrarno z močjo 60 MW, ki je bila namenjena izključno proizvodnji elektrike za pridobivanje vodika. Danes ga pridobivamo večidel z redukcijo naravnega plina. Vodik in dušik se nato vodita v reaktorje, kjer pri tlaku med 150 in 250 bar in pri temperaturah med 300 in 550 °C reagirata nad katalizatorjem magnetitom. Reakcija je zanimiva, ker je ravnotežna. To pomeni, da reaktanta nikoli ne zreagirata v celoti do produktov. Višji tlaki in, ker je eksotermna, nizke temperature favorizirajo nastanek amoniaka. Ker pa pri prenizkih temperaturah reakcija teče prepočasi, je treba določiti kompromisno temperaturo, kjer sta hitrost in izkoristek zadovoljiva. Z recikliranjem nezreagiranih reaktantov danes dosegamo praktično popolno konverzijo v amoniak. Več o tem.Žal ima Haberjeva zgodovina tudi temen madež. Čeprav je bil Jud, je sprejel katoliško vero in se izrekel za Nemca. Kot vodja kemijskega oddelka pri uradu za vojne surovine je razvijal različne bojne pline. Leta 1915 je nadzoroval prvi napad z bojnimi plini v 1. svetovni vojni, ko so Nemci s klorom napadli in ubili na tisoče Francozev in Afričanov. To je njegovo ženo tako potrlo, da je teden dni kasneje storila samomor. Haber je nadaljeval z razvojem modrega križa, mešanice dražilnih bojnih plinov (difenilkloroarzin, difenilcianoarzin, etildikloroarzin in metildikloroarzin), ki je silila na bruhanje.

Po koncu vojne je zbežal v Švico, ker se je bal sojenja, a so na koncu odločili, da je bil le znanstvenik, ki je vestno izpolnjeval ukaze. Takrat se je zavezal, da ne bo nikoli več sodeloval pri razvoju sredstev za ubijanje ljudi. Sprejel je mesto predsednika pri Degeschu (Nemška družba za boj proti škodljivcem), ki je nastal v sklopu KWI. Zaradi judovskega porekla in nasprotovanja Hitlerjevim idejam so ga želeli odstaviti, a jih je prehitel in leta 1933 odstopil ter pobegnil v Cambridge. Ironija usode je hotela, da so Nemci v drugi svetovni vojni v koncentracijskih taboriščih uporabljali Zyklon B, ki ga je razvil prav Haberjev oddelek.