Ammoniaksynthese

Ammoniaksynthese bezeichnet die industrielle und chemische Herstellung von Ammoniak (NH3) aus Stickstoff und Wasserstoff. In der industriellen Form erfolgt sie überwiegend nach dem Haber-Bosch-Verfahren nach der Gleichung N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3. Reaktion ist exotherm und temperaturabhängig; steigende Temperaturen erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit, verschlechtern jedoch die Gleichgewichtsausbeute. Höhere Drücke begünstigen die Bildung von Ammoniak.

Der Prozess nutzt ein eisenbasiertes Katalysatorsystem mit Aktivatoren wie Kalium- und Aluminiumsilikat (Promotoren). Typische Betriebsbedingungen liegen bei Temperaturen von etwa 400–500 °C und Drücken von rund 150–250 bar. Mehrstufige Reaktoren mit Rückführung unverbrauchter Ausgangsstoffe erhöhen die Ausbeute. Das Ammoniak-Gasgemisch wird nach Abkühlung und Entlastung vom Reaktor abgetrennt, verflüssigt und als flüssiges Ammoniak gespeichert.

Geschichte und Bedeutung: Das Verfahren wurde von Fritz Haber entwickelt und in industrieller Umsetzung von Carl Bosch in den frühen 20er Jahren skaliert. Es ermöglichte eine großtechnische Synthese von Stickstoffdüngemitteln und ist maßgeblich für die globale Landwirtschaft und Bevölkerungsentwicklung gewesen. Seitdem stellt die Ammoniaksynthese einen der wichtigsten chemischen Grundprozesse dar.

Rohstoffe und Umwelt: Stickstoff wird aus der Luft gewonnen, Wasserstoff meist durch Dampfreformierung von Erdgas erzeugt; beide Quellen sind energieintensiv. Die Prozesstemperaturen, Drücke und Reaktionswärme führen zu bedeutenden CO2-Emissionen, insbesondere bei der Wasserstoffherstellung aus fossilen Brennstoffen. Forschung zielt auf grüne Ammoniakproduktion mittels Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen oder auf neuartige Katalysatoren, die unter milderen Bedingungen arbeiten.