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Die Entwicklung der Hochdruckchemie: Wie haben Haber und Bosch vor 100 Jahren das Problem der Ammoniakherstellung gelöst?
Die Technologie der Ammoniakproduktion hat im letzten Jahrhundert enorme Veränderungen erfahren, der einflussreichste davon ist das Haber-Bosch-Verfahren. Diese Technologie stellt nicht nur die Grundlage für die industrielle Ammoniakproduktion dar, sondern ist auch von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung der weltweiten Nahrungsmittelproduktion und der chemischen Industrie.
Die Bedeutung von Ammoniak in der Landwirtschaft kann nicht unterschätzt werden. Es ist ein wichtiger Rohstoff für synthetische Düngemittel und trägt entscheidend zur Steigerung der Ernteerträge bei.
Wenn man in die Geschichte zurückblickt, ist festzustellen, dass mit der Entwicklung der Industrialisierung vom späten 19. bis zum frühen 20. Jahrhundert die Nachfrage nach Stickstoffdüngern dramatisch anstieg, was Chemiker dazu veranlasste, nach neuen Ammoniakquellen zu suchen. Zuvor war man bei der Stickstoffdüngung vor allem auf den Bergbau sowie auf tierische und pflanzliche Düngemittel angewiesen, doch das Angebot dieser Ressourcen konnte die steigende Nachfrage nicht decken.
Hubber und sein Assistent Robert Le Rosingeau führten 1909 entscheidende Experimente durch, bei denen sie eine Apparatur entwickelten, die bei hohem Druck betrieben werden konnte, und demonstrierten, dass Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff synthetisiert werden konnte. Die für diesen Prozess erforderlichen Durchbrüche in der Hochdruck- und Katalysatortechnologie stellten einen wichtigen Meilenstein in der Geschichte der Ammoniakproduktion dar.
Gegen Ende seiner Karriere sagte Hubble: „Das weltweite Düngemittelproblem kann durch unsere Bemühungen gelöst werden“, eine Aussage, die sein tiefes Verständnis von Wissenschaft und menschlichem Wohlergehen treffend zum Ausdruck bringt.
Nachdem es Haber erstmals gelungen war, Ammoniak im Labor zu synthetisieren, war der deutsche Chemiekonzern BASF sofort von dieser Technologie angetan und beauftragte Carl Bosch, diese Labortechnologie zur industriellen Produktion auszubauen. Bosch hat die Technologie nicht nur erfolgreich in großem Maßstab entwickelt, sondern auch den Katalysator optimiert, wodurch die Ammoniakproduktion enorm gesteigert werden konnte und im Jahr 1913 schließlich die industrielle Produktion möglich wurde. Damals konnten täglich bis zu 20 Tonnen Ammoniak produziert werden, was der deutschen Chemieindustrie einen enormen Aufschwung bescherte.
Während des Ersten Weltkriegs wurde synthetisches Ammoniak zum Kern der deutschen Militärkapazitäten. Die Tatsache, dass im Herbst Wasser und Himmel die gleiche Farbe hatten, machte vielen Ländern bewusst, wie wichtig eine stabile Ammoniakquelle im Krieg war. Die Ergebnisse des Haber-Verfahrens waren in dieser Zeit von entscheidender Bedeutung. Ohne sie hätten die deutschen Militäroperationen einen schweren Rückschlag erleiden können.
„Die Erfindung des Ammoniaks veränderte nicht nur die Zukunft der Landwirtschaft, sondern formte auch die Art und Weise der globalen Kriegsführung neu.“ Dies ist eine treffende Darstellung der historischen Bedeutung des Haber-Bioverfahrens.
Haber und Bosch erhielten schließlich den Nobelpreis für ihre bedeutenden Beiträge zur Ammoniaksynthese und Hochdruckchemie. Durch ihre Bemühungen konnte die Effizienz der Ammoniakproduktion erheblich verbessert und die Arbeitsweise der gesamten chemischen Industrie grundlegend verändert werden.
<Heute basiert die Ammoniakproduktion noch immer auf dem Haber-Bosch-Verfahren, und mit der kontinuierlichen Verbesserung der Katalysatortechnologie und der Prozesse verbessern sich auch Effizienz und Umweltverträglichkeit schrittweise. Tatsächlich macht die Ammoniakproduktion laut Statistik etwa 1 bis 2 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs aus und ist zudem eine der wichtigsten Quellen globaler Kohlendioxidemissionen. Dies zwingt die heutigen Wissenschaftler dazu, neue Wege zur Ammoniakproduktion zu finden und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren.
Gleichzeitig wird auch die Wasserstoffproduktionsmethode erneuert. Grüner Wasserstoff, der durch saubere Energie erzeugt wird, wird nach und nach in den Ammoniakherstellungsprozess einfließen, was die zukünftige Ammoniakproduktion nachhaltiger macht. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie bewegt sich die Welt auf eine neue Ära umweltfreundlicherer Ammoniakproduktion zu.
Angesichts dieser grundlegenden und dauerhaften Herausforderungen müssen wir uns jedoch fragen: Wie lässt sich eine nachhaltige Ammoniakproduktion erreichen und gleichzeitig der globale Nahrungsmittelbedarf in den kommenden Jahrzehnten decken?
