Le procédé Haber, également connu dans certains endroits sous le nom de procédé Haber-Borsch, est une méthode scientifique par laquelle l’ammoniac est créé à partir d’azote et d’hydrogène. Le fer agit comme un catalyseur et le succès du processus dépend en grande partie de la température et de la pression idéales ; la plupart du temps, il est conduit dans une chambre fermée où les conditions peuvent être étroitement contrôlées. Le processus est très important pour un certain nombre d’industries différentes et a permis d’économiser d’innombrables heures aux fabricants qui auraient autrement dû créer de l’ammoniac par d’autres moyens, généralement beaucoup plus laborieux. C’est un peu compliqué à exécuter mais, lorsqu’il est fait correctement, il obtient généralement des résultats très fiables.
Comment le processus a été développé
Ce procédé a été développé par le chimiste allemand Fritz Haber en 1909, et a ensuite été étendu à une échelle industrielle par un autre Allemand, Carl Bosch. Les deux hommes ont reçu le prix Nobel en 1918 pour avoir surmonté les barrières techniques liées à l’utilisation de la technologie haute pression à l’échelle industrielle. Avant le développement de la méthode, l’ammoniac était relativement difficile à extraire et, par conséquent, avait tendance à être assez coûteux. Trouver un moyen de le synthétiser plus rapidement le rendait à la fois plus disponible et moins coûteux. Le processus a également ouvert la voie à des expériences en environnement plus contrôlé et à des réductions chimiques.
Comment ça fonctionne?
Dans la plupart des cas, trois éléments essentiels sont nécessaires à la création d’ammoniac : l’hydrogène, l’azote et une sorte de catalyseur. Bien que l’osmium et l’uranium aient été initialement utilisés comme catalyseurs, ils ont ensuite été remplacés par du fer, car il s’agit d’une alternative beaucoup moins chère et qui a tendance à fonctionner tout aussi bien. Un environnement contrôlé est également très important. En général, l’ammoniac est synthétisé en combinant un volume d’azote avec trois volumes d’hydrogène en présence de fer poreux comme catalyseur. Le procédé Haber effectue cette réaction sous une température optimale de 1022°F (550°C) et une pression de 2175 à 3626 psi (15 à 25 MPa), respectivement.
L’hydrogène pour la réaction est généralement obtenu en faisant réagir du méthane ou du gaz naturel avec de la vapeur en présence d’oxyde de nickel comme catalyseur. L’élément est ensuite amené à passer sur des lits d’oxyde de fer, ainsi que de l’azote gazeux de l’atmosphère. Comme la réaction est très lente à température ambiante, la température est augmentée pour accélérer le processus. Cette réaction est exothermique, ce qui signifie qu’elle dégage de la chaleur, donc une augmentation de la température ne fera que favoriser la réaction inverse et tend à conduire à une réduction supplémentaire du produit.
Ceci est conforme au principe de Le Chatlier, qui stipule que tout changement de concentration, de température, de volume ou de pression partielle dans un système en équilibre provoquera un déplacement de l’équilibre afin de contrer le changement imposé. En termes plus simples, si la température de la réaction est augmentée pour accélérer la production d’ammoniac, cela entraînera une nouvelle décomposition de l’ammoniac produit en azote et en hydrogène. Etant donné que le catalyseur ne peut fonctionner efficacement qu’à environ 752°F (400°C), la température doit être maintenue entre 752° et 1022°F (300° et 550°C).
Importance de la pression
Le procédé Haber a tendance à fonctionner le plus efficacement dans des environnements à très haute pression. Cela augmente la formation d’ammoniac et améliore les taux de rétention du produit final. Même dans des conditions idéales, cependant, seulement environ 15 % d’ammoniac est obtenu à chaque passage. Par recyclage répété du gaz n’ayant pas réagi, il est possible d’obtenir une récupération de près de 98 %. Garder ce produit n’ayant pas réagi disponible pour le recyclage, cependant, est l’endroit où les choses peuvent devenir délicates. En dehors d’un environnement fortement pressurisé, c’est presque impossible.
Pourquoi ça compte
Un grand nombre d’industries et de projets de fabrication ont grandement bénéficié de l’efficience et de l’efficacité de ce processus. L’ammoniac est très important pour un certain nombre de choses différentes – il est courant dans la maison comme produit de nettoyage, mais il est également essentiel pour la fabrication d’engrais contenant de l’azote et de la plupart des formes de munitions. Le processus est utilisé dans la fabrication de près de 100 millions de tonnes d’engrais chaque année, et est également d’une importance vitale pour la plupart des militaires et des sous-traitants de la défense dans le monde.