¿Qué es la síntesis de amoníaco?

La síntesis de amoníaco es la producción de amoníaco a partir de la combinación de gases de hidrógeno y nitrógeno. La mayor parte del amoníaco producido se usa como fertilizante, aunque puede usarse para otros fines, como la fabricación de explosivos. El proceso se desarrolló en Alemania a principios del siglo XX.

La atmósfera está llena de gas nitrógeno, pero no reacciona y, en general, no se combina con otros elementos. La estrategia básica para producir amoníaco, NH ₃ , es combinar hidrógeno gaseoso, H2, con nitrógeno gaseoso, N2, a alta temperatura y alta presión. Químicamente, esta es una reacción difícil, por lo que requiere un agente para acelerar el proceso.

Un catalizador es un compuesto que hace que la reacción proceda más rápidamente. En la síntesis de amoníaco, el catalizador utilizado es generalmente hierro. El tipo de hierro utilizado es mineral de magnetita reducido . Hay otros productos químicos que pueden usarse como catalizadores, pero el hierro es el más común.

La fuente del gas de hidrógeno suele ser gas natural, también conocido como metano, CH ₄ . Esto describe el proceso básico de síntesis de amoníaco. Muchos otros pasos tienen lugar en una planta de síntesis de amoníaco. Los compuestos de azufre se eliminan primero del gas natural al reaccionar con óxido de zinc, que se transforma en sulfuro de zinc. Esto deja metano libre, que pasa por varias transformaciones más para generar gas hidrógeno.

La temperatura utilizada es de aproximadamente 1482 ° F (400 ° C). La presión utilizada es inferior a la óptima para la reacción. Por razones de seguridad, se utiliza una presión de alrededor de 200 atmósferas (atm). El rendimiento es de aproximadamente 10-20% en estas condiciones. A medida que la mezcla sale del reactor, se enfría, de modo que el amoníaco se convertirá en un líquido. El calor se captura y se reutiliza para calentar los gases entrantes.

Este método de síntesis de amoníaco se conoce como el proceso de Haber , porque fue creado por el químico alemán Fritz Haber, quien desarrolló las condiciones para la reacción química. Lo desarrolló durante una escasez de fertilizantes que contienen nitrógeno a principios de 1900, y porque Alemania necesitaba explosivos para la Primera Guerra Mundial. Actualmente, el amoníaco se produce a gran escala en todo el mundo.

Una forma alternativa de producir hidrógeno para la reacción es a través de la electrólisis del agua. La electrólisis utiliza electricidad para descomponer compuestos. En este caso, el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno. Esto se ha realizado en conjunto con la producción de electricidad a partir de plantas hidroeléctricas. Ya en 1911, la electrólisis del agua se había utilizado para proporcionar hidrógeno para la síntesis de amoníaco.

Algunos microorganismos pueden usar nitrógeno gaseoso del aire para producir amoníaco. Este proceso se llama fijación de nitrógeno . En este caso, los catalizadores son enzimas complejas conocidas como nitrogenasas . Las bacterias que llevan a cabo este proceso viven en las raíces de las legumbres, como las plantas de guisantes. La fijación de nitrógeno ha mejorado significativamente el estado nutricional de muchos suelos.