Proceso de Haber
En química,
el proceso de Haber - Bosch es
la reacción de nitrógeno e hidrógeno gaseosos para producir amoníaco.
La importancia de la reacción radica en la dificultad de producir amoníaco a un
nivel industrial.
Alrededor del 78,1% del aire que nos rodea es nitrógeno molecular, N2.
El elemento como molécula
diatómica gaseosa es muy estable y relativamente inerte debido al enlace
triple que mantiene los dos átomos fuertemente unidos. No fue sino hasta los
primeros años del siglo XX cuando este proceso fue desarrollado para obtener
nitrógeno del aire y producir amoníaco, que al oxidarse forma nitritos
y nitratos.
Éstos son esenciales en los fertilizantes.
Como la reacción natural es muy lenta, se acelera con un catalizador
de hierro
(Fe3+) y óxidos de aluminio (Al2O3) y potasio
(K2O). Los factores que aumentan el rendimiento, al desplazar el
equilibrio de la reacción hacia los productos (Principio de Le Châtelier), son las
condiciones de alta presión (150-300 atmósferas)
y altas temperaturas (400-500°C),1
resultando en un rendimiento del 10-20%.
ΔH representa el calor generado, también llamado entalpía,
y equivale a -92,4 kj/mol. Como libera calor, la reacción es exotérmica.
Historia
El proceso fue patentado por Fritz Haber.
En 1910, Carl Bosch
comercializó el proceso y aseguró aún más patentes. Haber y Bosch fueron galardonados
con el Nobel de Química en 1918 y 1931
respectivamente, por sus trabajos y desarrollos en la aplicación de la tecnología
en altas presiones y temperaturas. El amoníaco fue producido utilizando el
proceso Haber (a un nivel industrial) durante la I Guerra
Mundial para su uso en explosivos.
Esto ocurrió cuando el abasto de Chile estaba controlado casi en un 100% por
los británicos.
Aspectos económicos y ambientales
El proceso Haber produce más de 100 millones de toneladas
de fertilizante de nitrógeno al año. El 8,27% del consumo total de energía
mundial en un año se destina a este proceso. Los fertilizantes que se obtienen
son responsables tanto del sustento de más de un tercio de la población mundial debido a que la extracción de
nutrientes del suelo por parte de la agricultura y ganadería es fenomenal y por
ende deben ser repuestos de manera artificial, aunque el mal uso de los
fertilizantes producen numerosos problemas ambientales por la erosión y el
escurrimiento de nutrientes a napas y cuerpos de agua siendo el más emblemático
la Eutrofización.
El impacto ambiental
Solo el 17% del amoniaco usado como fertilizante es consumido por los
humanos a través de la comida. El resto acaba en la tierra o en el aire. Según
un artículo de Nature Geoscience, las emisiones en ausencia de interferencia
humana son de 0,5 kilos por hectárea y año. La agricultura moderna ha
multiplicado por 20 esta cifra, lo que ha provocado la alteración del ciclo
natural del nitrógeno aunque su impacto global aún no es muy conocido.
Hay dos problemas directamente relacionados con el amoniaco. Uno es el
de la eutrofización de las aguas. Los nitratos acaban en mares y ríos, las
algas y bacterias con exceso de nutrientes, acaban con el oxígeno que necesitan
otras especies. Por otro lado, el nitrógeno reactivo está alterando el balance
atmosférico, enriqueciendo el ozono de la troposfera y reduciendo el de la
estratosfera. Eso sí, el amoniaco tiene el efecto positivo de la captura de CO2
en selvas y bosques debido a la mayor presencia de nitrógeno en el aire
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