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Haber-Bosch-Verfahren

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Das Haber-Bosch-Verfahren dient der Herstellung von Ammoniak direkt aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff. Um die Reaktion technisch nutzbar zu machen, wird das Gasgemisch aus Wasserstoff und Stickstoff an einem Eisenkatalysator bei etwa 200 bar und 500 °C zu Ammoniak zur Reaktion gebracht. Das Verfahren gilt aufgrund seiner bis dahin grosstechnisch noch nie erreichten Prozessparameter als bedeutender Meilenstein der Chemie, weil es vielen anderen katalytischen Hochdruckverfahren den Weg ebente.

Chemische Reaktion: 

   N2 + 3 H2 -> 2 NH3

Durch den eingesetzten hohen Druck wurde eine Verschiebung des Reaktions-Gleichgewichtes in Richtung des Ammoniaks erreicht. Dies war nötig um eine ausreichende Ausbeute zu erhalten und das Verfahren wirtschaftlich sinnvoll betreiben zu können.

Die optimalen Reaktionsparameter wurden bestimmt auf:

  1. Druck: 450 Bar (ist das korrekt? siehe oben)
  2. Temperatur: 500°C (aber: hohe Temperaturen verringern die Ausbeute Prinzip von Le Chatelier)
  3. Mengenverhältnis: Stickstoff  : Wasserstoff = 3  : 1
  4. Verwendung eines Katalysators zur Reaktionsbeschleunigung

Die wesentlichen wissenschaftlichen Leistungen zur Realisierung dieses Verfahrens waren:

  1. die Untersuchung der zugrundeliegenden chemischen Reaktion (Haber, Nernst)
  2. die systematische Suche nach geeigneten Katalysatoren (Alwin Mittasch)
  3. die technische Realisierung im großen Maßstab, wobei zum Teil vollkommen neue Lösungen entwickelt werden mussten (Carl Bosch, Fritz Haber)

Das Haber-Bosch-Verfahren wurde durch die BASF im Jahr 1910 zum Patent angemeldet, ein zuvor eingereichtest fehlerhaftetes Patent von Haber zum selben Thema wurde zeitgleich zurück gezogen.

Für die gesamte Entwicklung wurden mehrere Nobelpreise vergeben, z.B. 1918 den Chemie Nobelpreis an Haber, sowie 1931 für Bosch und zwar erstmalig für eine technische Umsetzungsmethode.

Der für die Reaktion nötige Wasserstoff wird heute meist durch teileweise Oxidation von Erdgas erschlossen, der Stickstoff wird wie schon im ursprünglichen Verfahren direkt aus der Luft entnommen, wobei der störende Sauerstoff zunächst durch Oxidation mit Wasserstoff zu Wasser umgebildet wird und dann absgeschieden wird.

Der entstandene Ammoniak kann beispielsweise im Ostwaldverfahren zu Salpetersäure oder zu Düngemittel (Reaktion mit CO2 zu Harnstoff) weiterverwendet werden. Salpeter hat eine grosse Bedeutung für die Rüstungs-Industrie, weshalb auch sehr schnell starkes Interesse am Aufbau einer grosstechnischen Produktion bestand, die unter anderem in Leuna und Bitterfeld durch die BASF und nach Fusion im deutschen Grosskonzern der IG-Farben errichtet und betrieben wurde.

Durch den nun in grossen Mengen verfügbaren Stickstoffdünger ergab sich Bedarf zu umfangreichen landwirtschaflichen Forschungen um nach dem Prinzip der Minimum-Tonne die optimalen Dünge-Mengen je nach Boden und Pflanzenart zu bestimmen. In der Folge des zunehmenden Einsatzes konnte die weltweite landwirtschaftliche Produktion deutlich gesteigert werden, was einen weiteren herausragenden wenn nicht gar den wichtigsten Aspekt der Erfindung des Haber-Bosch-Verfahrens darstellt.

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