Proses Haber

Proses Haber, disebut juga proses Haber–Bosch, adalah suatu proses fiksasi nitrogen artifisial dan merupakan prosedur industri utama untuk produksi amonia yang berlaku saat ini. Proses ini dinamakan demikian setelah para penemunya, kimiawan Jerman Fritz Haber dan Carl Bosch, mengembangkan proses ini pada paruh pertama abad ke-20. Proses ini mengubah nitrogen (N₂) atmosfer menjadi amonia (NH₃) melalui suatu reaksi dengan hidrogen (H₂) menggunakan katalis logam di bawah temperatur dan tekanan tinggi:
Sebelum diteumkan proses Haber, amonia sulit diproduksi dalam skala industri menggunakan metode-metode awal seperti proses Birkeland–Eyde dan proses Frank–Caro yang sangat tidak efisien.
Meskipun proses Haber saat ini banyak digunakan untuk menghasilkan pupuk, selama Perang Dunia I proses ini memperlengkapi Jerman dengan suatu sumber amonia untuk produksi bahan peledak, sebagai kompensasi blokade perdagangan Sekutu terhadap sendawa Chile.

Sejarah

Sepanjang abad ke-19, kebutuhan nitrat dan amonia untuk digunakan sebagai pupuk dan bahan baku industri meningkat pesat. Sumber utama saat itu adalah deposit tambang niter. Pada awal abad ke-20, telah diprediksi bahwa cadangan ini tidak dapat memuaskan kebutuhan masa depan dan riset untuk mendapatkan sumber potensial baru amonia menjadi lebih berharga. Sumber yang paling nyata adalah nitrogen atmosfer (N₂), yang merupakan penyusun 80% udara, namun N₂ sangat stabil dan tidak mudah bereaksi dengan bahan kimia lain. Mengubah N₂ menjadi amonia merupakan tantangan kimia yang harus dihadapi oleh kimiawan global.
Haber, bersama asistennya Robert Le Rossignol, mengembangkan peralatan bertekanan tinggi dan katalis untuk mendemonstrasikan proses Haber dalam skala laboratorium. Mereka mendemonstrasikan proses mereka pada Mussim Panas tahun 1909 dengan memproduksi amonia dari udara setetes demi setetes, dengan laju sekitar 125 ml (4 US fl oz) per jam. Proses ini dibeli oleh perusahaan kimia Jerman BASF, yang menugaskan Carl Bosch untuk menaikkan kelas mesin laboratorium Haber menjadi peralatan produksi skala industrial. Ia berhasil melakukannya pada tahun 1910. Haber dan Bosch akhirnya dianugerahi penghargaan Nobel, pada tahun 1918 dan 1931, atas karya mereka dalam menanggulangi masalah kimia dan teknik pada teknologi aliran berkesinambungan tekanan tinggi berskala besar.
Amonia pertama kali diproduksi menggunakan proses Haber dalam skala industri pada tahun 1913 oleh BASF pabrik Oppau di Jerman, mencapai 20 ton per hari pada tahun berikutnya. Selama PD-I, amonia sintetis digunakan untuk produksi asam nitrat, suatu prekursor untuk amunisi. Sekutu mempunyai akses kepada sejumlah besar deposit natrium nitrat di Chile (sehingga disebut "sendawa Chile") yang dimiliki hampir secara total oleh perusahaan-perusahaan Inggris. Oleh karena Jerman tidak memiliki akses kepada sumber daya alam yang tersedia, proses Haber terbukti penting untuk bagi Jerman dalam upayanya memenangi perang.

Proses

Konversi biasanya dilakukan pada tekanan antara 15–25 MPa (150–250 bar; 2200–3600 psi) dan temperatur antara 400–500 °C (752–932 °F), saat gas dilewatkan di atas empat hamparan katalis, dengan pendinginan di antara masing-masing hamparan untuk menjaga tetapan kesetimbangan yang wajar. Sekali lewat di atas hamparan katalis, konversi hanya terjadi sebanyak 15%, tetapi gas yang tidak bereaksi didaur ulang, dan tidak jarang konversi total dapat mencapai 97%.
The tahap reformasi kukus (steam reforming), konversi pergeseran, penghilangan karbon dioksida, dan metanasi masing-masing beroperasi pada tekanan sekitar 2,5–3,5 MPa (25–35 bar; 360–510 psi) dan siklus sintesis amonia beroperasi pada rentang tekanan antara 6–18 MPa (60–180 bar; 870–2610 psi), bergantung pada proses eksklusif yang digunakan.

Sumber hidrogen

Sumber utama hidrogen adalah metana dari gas alam. Konversinya, reformasi kukus, dilakukan dengan udara, yang dideoksigenasi oleh pembakaran gas alam. Semula Bosch memperoleh hidrogen melalui elektrolisis air.