Quel est le processus Haber-Bosch?

Le procédé Haber-Bosch, ou simplement le procédé Haber, est une procédure utilisée dans la fabrication à grande échelle d'ammoniac. Ce processus a été nommé en l'honneur de Fritz Haber et Carl Bosch, les deux chimistes allemands qui ont inventé le procédé au début du XXe siècle. Le procédé Haber-Bosch a été développé pour remplacer les méthodes moins efficaces qui étaient utilisées auparavant dans la production d'ammoniac, telles que le procédé Frank-Caro. Aujourd'hui, le procédé Haber-Bosch est principalement utilisé dans la production d'ammoniac utilisé dans les engrais, contrairement aux années d'invention où il était utilisé pour fournir de l'ammoniac pour les explosifs utilisés lors de la première guerre.

Contexte

Le procédé Haber-Bosch a été inventé pour répondre aux fortes exigences en ammoniac du 19ème siècle. La demande en ammoniac a augmenté en raison de ses besoins en engrais et en fabrication d'aliments pour le bétail. Au début du XXe siècle, Haber décida de proposer une méthode alternative pour répondre à la demande en ammoniac. Haber Fritz, en collaboration avec son assistant, a mis au point un processus nécessitant l’utilisation de catalyseurs et d’un dispositif à haute pression. Le processus de démonstration était à petite échelle au niveau du laboratoire. Le processus de démonstration a eu lieu à l'été 1909. L'ammoniac a été généré sous forme de gouttes à raison de 125 ml par heure. Ce processus a été reconnu et a été acheté par BASF, une société de produits chimiques basée en Allemagne. Carl Bosch se voit confier la tâche de veiller à ce que le procédé soit mis à niveau au niveau industriel, ce qu'il réussit avec succès en 1910. La production à grande échelle d'ammoniac a débuté en 1913 à l'usine Oppau, propriété de BASF. L'usine multipliait la production d'ammoniac, qui atteignait 20 tonnes par jour en 1914. Le procédé Haber-Bosch était un atout pour l'Allemagne pendant la Première Guerre mondiale. Haber remporta le prix Nobel en 1913 et Bosch le même prix en 1931.

Le processus

L'ammoniac est formé par un processus impliquant la réaction de l'azote et de l'hydrogène. Le processus se déroule à des températures comprises entre 400 et 500 degrés Celsius. L'azote et l'hydrogène gazeux sont passés sur les catalyseurs, avec une régulation constante de la température pour maintenir l'équilibre. Les gaz sont passés sur quatre jeux de catalyseurs. À chaque jeu, environ 15% du gaz réagit pour former de l'ammoniac. Les gaz qui n'ont pas réagi sont passés à plusieurs reprises à travers les catalyseurs. Au final, près de 97% des gaz ont réagi. L'azote n'est pas réactif en raison des fortes triples liaisons qui maintiennent ses molécules ensemble. Pour garantir sa réaction avec l'hydrogène, des températures élevées et des catalyseurs sont nécessaires. L'hydrogène utilisé dans le procédé Haber-Bosch provient principalement du méthane. Pour obtenir de l'hydrogène à partir de méthane, un procédé de reformage à la vapeur est mis en œuvre, dans lequel le gaz est soumis à des températures et pressions élevées, ainsi qu'un catalyseur au nickel. Pour augmenter le taux de production, l'ammoniac produit est fréquemment éliminé du système. Les catalyseurs couramment utilisés dans le procédé Haber comprennent les catalyseurs à base de fer, l'uranium et l'osmium.

Aspects économiques et environnementaux

Après avoir inventé le procédé Haber-Bosch, il devait concurrencer le procédé Cyanamide. Le procédé à la cyanamide était inefficace car il utilisait beaucoup de puissance et de travail. Le processus Haber s'est intensifié jusqu'à atteindre un niveau de production annuel d'environ 450 millions de tonnes d'engrais azotés. L’importante production d’engrais a entraîné la mise en culture de vastes étendues de terres. Les engrais ammoniacaux ont augmenté les rendements agricoles et une offre alimentaire abondante, entraînant une augmentation des taux de croissance démographique.

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