PROCESO DE HABER-BOSCH : SNTESIS DELAMONIACOAportacin de la colaboradora Laura Prez:Elamonacoesuncompuestonitrogenadofundamentalparalaproduccindefertilizantesyexplosivos. A finales del siglo !" las fuentes naturales de compuestos nitrogenados #situadasen $%ile& comenzaron a resultar escasas. El r'pido aumento de la poblacin mundial incrementla demanda de fertilizantes para la obtencin de cosec%as. Adem's" la tensa situacin polticaeuropea a principios del siglo dispar la produccin de explosivos en la industriaarmamentstica. Para evitar depender de las fuentes naturales de nitratos" las naciones buscaronun proceso (ue permitiese fabricar compuestos nitrogenados a partir del nitrgeno del aire. El)*+ seobtieneexclusivamenteporel mtododenominado*aber,-os%#.ritz*abery$arl-os% recibieron el Premio )obel de (umica en los a/os 0102 y 01+0&.El proceso consiste en la reaccin directa entre el nitrgeno y el %idrgeno gaseosos. )3 #g& 4 +*3#g& 3)*+#g& 5*6 7,89"3:;?Esunareaccinexotrmicapor lo(ueunexcesivoaumentodetemperaturanofavorecelaformacindeamonaco.3@6$ A79"2.0?@atm. 8@? 6$ A 7 B"2.0?,3 atm. =in embargo" la velocidad a la (ue se forma )*+ a temperaturaambienteescasi nula. Esunareaccinmuylenta" puesto(uetieneunaelevadaenergadeactivacin" consecuencia de la estabilidad del )3.La solucin de *aber al problema fue utilizar un catalizador #xido de %ierro (ue se reduce a%ierroenlaatmsferade*3&yaumentarlapresin" ya(ueestofavorecelaformacindelproducto. $onvertir el mtodo de *aber en un proceso de fabricacin fue traba;o realizado por$arl -os%" ingeniero(umicodela-A=." (uiendeestemodoconsiguisunobel. Enlapr'ctica las plantas operan a una presin de 0??,0??? atm. y a una temperatura de 8??,9?? atm.En el reactor de sntesis se utiliza C,.e como catalizador #.e3D+ sobre AlD+ cat'lisis%eterognea&. A pesar de todo" la formacin de )*+ es ba;a con un rendimiento alrededor del0@E. Los gases de salida del reactor pasan por un condensador donde se puede licuar el )*+separandoloas delosreactivos" loscualespuedensernuevamenteutilizados. Losestudiossobreel mecanismodelareaccinindican(uelaetapadeterminantedelavelocidaddelareaccin es la ruptura de la molcula de )3 y la coordinacin a la superficie del catalizador. Elotro reactivo" *3" se activa m's f'cilmente. =e producen una serie de reacciones de insercinentrelasespeciesadsorbidasparaproducirel )*+. El catalizadorfuncionaadsorbiendolasmolculas de )3 en la superficie del catalizador debilitando el enlace interatmico ),)F de estaformaseorigina)atmicoelcualreaccionacon'tomosde%idrogeno(ueprovienendeladisociacinde*3 (uetambin tiene lugar en la superficie met'lica.Ge;o a continuacin unvdeo (ue explica el Proceso de *aber" http://cienciascic.blogspot.com/2011/02/proceso-de-haber-bosch-sintesis-del.htmlLa sntesis del amoniaco II!Podra ser (ue sta no sea la solucin definitiva. Lasbacterias del nitrgeno nos ense/an (ue la naturaleza" consus sofisticadas formas de(umica de la materia viva"entiendeyempleamtodos (ueaHnnosabemos cmoimitar.I .ritz *aber. Giscurso de aceptacin del Premio )obel de Jumica 0102.=abemos (ue el nitrgeno es un componente esencial para la vida ya (ue forma parte"entre otros" de compuestos bio(umicos como las protenas y los 'cidos nucleicos. Laincorporacindelnitrgenoal ciclobio(umicoserealizafundamentalmenteporlasplantas y" tal y como vimos en la primera parte de nuestra %istoria" la asimilacin denitrgeno por las plantas re(uiere (ue el nitrgeno se encuentre Kfi;adoL" esto es" (ue seencuentre en formas de nitrgeno solubles" capaces de ser absorbidas a travs de lasraces de las plantas #fundamentalmente amoniaco y nitratos&.Mambinvimos(ue" afinalesdel siglo!" lasfuentesdenitrgenodirectamenteutilizables comoabonoeranlimitadas lo(ue%izo(ueseinstalaseenlos crculoscientficosdela poca una creciente preocupacinporel posibleagotamientode lasreservas de abonos nitrogenados y" en consecuencia" una focalizacin en lainvestigacinorientadaalaobtencindecompuestos nitrogenados desntesis (ueproporcionaran una alternativa viable al salitre para (ue la agricultura fuera capaz desatisfacer las demandas de alimentos deunacrecientepoblacinmundial en el siglo.)aturalmente" la mayor fuente de nitrgeno disponible es el nitrgeno atmosfrico y"sobre el papel" la obtencin de amonaco podra ser el resultado de una reaccin (umicasencilla: secombinannitrgenogaseoso" procedentedelaatmsfera" con%idrgenogaseoso" (ue se puede obtener como gas de agua" en unas proporciones muy simples #o"comonos gusta decir a los (umicos" conuna este(uiometrasimple& yse obtieneamonaco gaseoso.Los componentes necesarios ylas proporciones re(ueridas %abansidolargamenteestudiadosduranteel siglo!yeransobradamenteconocidosperolareaccinseresista a materializarse en el laboratorio fundamentalmente debido a la ba;a reactividaddel nitrgeno molecular. Nesulta parad;ico (ue el nitrgeno sea tan poco reactivo y" encambio" los compuestos nitrogenados sean" frecuentemente" explosivos. En definitiva"los intentos fallidos de obtener amoniaco a travs de esta simple reaccin condu;eron" afinales del siglo !" a considerarla como inviable.El amoniacosintticoseobtenapor otrasvas. Por e;emplo" unadelasindustriassurgidas al amparo de la revolucin industrial" era la industria del gas de alumbrado ogas ciudad. El gas de alumbrado es una mezcla de gases combustibles #*3" $*8 y $D&y gases inertes #)3 y $D3& (ue se obtiene a partir de la destilacin seca del carbn.$omosubproductodeesteprocesoseobtenaamoniaco" generalmenteenformadesulfatoamnico##)*8&3=D8&. =i bieninicialmenteestesubproductosedescartaba"%acia finales del siglo ! se empez a valorar su importancia y comenz a utilizarsecomo abono. !ncluso" lleg a plantearse la posibilidad de utilizar el proceso dedestilacin seca del carbn con el ob;etivo principal de obtener amoniaco.Gestilar carbn con el ob;etivo prioritario de obtener amoniaco era econmica ytcnicamente inviable. El nitrgeno contenido en el carbn raramente sobrepasa el 0Een peso y" a travs del proceso de destilacin" slo se recupera una (uinta parte de estenitrgeno. Por lotanto" los rendimientos sonmuyba;os yla cantidadde carbnnecesaria para satisfacer la demanda de compuestos nitrogenados era enorme.Enlosalboresdel sigloseexploraronotrasdosalternativasparalasntesisdeamoniaco. La primera de ellas era la sntesis mediante descarga elctrica (ue fue puestaenpr'ctica por Aristian-ir:eland en01?8. Esencialmente" el procesoconsista engenerar una c%ispa elctrica #arco& en una atmsfera con nitrgeno molecular y obtenernitrgenofi;adoenforma denitratos diluidos. Esteprocesoreplicael procesodefi;acin de nitrgeno (ue se produce" de forma natural" en la atmsfera terrestre durantelas tormentas elctricas. El problema principal (ue plantea este mtodo es (ue re(uiereuna grancantidad de energa y (ue su rendimiento es muyba;o. Los re(uisitosenergticos sondel ordende 9?.???:Opor tonelada de nitrgenofi;ado. Estosre(uisitosenergticos%icieron (uela Hnica experienciaviable de este mecanismo seplanteara en )otodden #)oruega& donde" a principios del siglo " exista un excedentede energa elctrica %idroelctrica y una mano de obra barata.Laotraalternativaparalafi;acindenitrgenoeralasntesis decianuroc'lcico##$)&3$a& obtenido a partir de la fi;acin de nitrgeno atmosfrico por carburo c'lcico(ue" a su vez" se obtena a partir de caliza y carbn de co(ue. Este proceso re(uera lacuarta parte de energa (ue el obtenido por descarga elctrica y el cianuro c'lcico podautilizarsedirectamentecomoabono. =inembargolosre(uisitosenergticosseguansiendo demasiado altos.En 01?8" el (umico alem'n .ritz *aber" comenz a estudiar la reaccin entre nitrgenoe %idrgeno gaseosos para obtener directamente amoniaco y comprob (ue encondiciones de presin normales y a 0.???6$ cuando la reaccin alcanzaba el e(uilibriose tenaunaconcentracin deamoniaco"en lamezclade gases"deun ?"?03E.Esteresultado llev a Oalt%er )ernst" en a(uel entonces" uno de los (umicos m's eminentesdeAlemania" aafirmar (uelasntesis de amonaco" apartir desus componentesfundamentales" era inviable. *aber" sin embargo" no se dio por vencido y comenz aexperimentar la reaccin en condiciones diferentes de presin y temperatura yempleando distintos catalizadores. .inalmente" en 01?2 *aber fue capaz de sintetizarcantidades significativas de amoniaco mezclando nitrgeno e %idrgeno a 3??atmsferas de presin y @@?6$ de temperatura empleando un catalizador de Dsmio.En01?1*aber"despusdepatentarelproceso" sepusoencontactocon-A=.(ueenvi un e(uipo de ingenieros" liderado por Aarl -osc% para presenciar unademostracin del proceso en el laboratorio. Pna vez negociados los derec%os" -osc% fueencargadopor -A=.delaindustrializacindel proceso. El retotcnicoal (ueseenfrent -osc% fue enorme ya (ue" en a(uel entonces" en los procesos industriales seconsideraba (ue presiones superiores a @? bares y temperaturas de 3@?6$ seconsideraban los lmites tcnicos y la sntesis de amoniaco necesitaba presiones de 0@?baresytemperaturasde@??6$. El resultadodel desarrollotcnicode-osc%fuelaplanta de Dppau inaugurada en 010+.Para (ue nos podamos %acer una idea de lo (ue represent el proceso de *aber,-osc%basta proporcionar unas cifras: la obtencin de amoniaco mediante descargas elctricasre(uiere unos B.3?? :Q