Das Ostwald-Verfahren ist ein Verfahren zur industriellen Herstellung von Salpetersäure, das 1902 vom deutsch-lettischen Chemiker Willhelm Ostwald patentiert und 1908 erstmals umgesetzt wurde. Bei diesem Verfahren wird Salpetersäure durch Oxidation von Ammoniak synthetisiert. Vor der Einführung des Ostwald-Verfahrens wurde die gesamte Salpetersäure durch Destillieren von Salpeter – Natriumnitrat (NaNO3) oder Kaliumnitrat (KNO3) – mit konzentrierter Schwefelsäure hergestellt. Das Ostwald-Verfahren ist heute für die gesamte industrielle Produktion von Salpetersäure verantwortlich, einer Chemikalie, die für die Düngemittel- und Sprengstoffindustrie von entscheidender Bedeutung ist.
Die erste Synthese von Salpetersäure – durch Erhitzen einer Mischung aus Salpeter, Kupfersulfat und Alaun – wird im Allgemeinen dem arabischen Alchemisten Jabir ibn Hayyan Geber irgendwann im 8. Mitte des 17. Jahrhunderts stellte der deutsche Chemiker Johann Rudolf Glauber die Säure her, indem er Salpeter mit Schwefelsäure destillierte. Salpetersäure war vor allem wegen ihrer Fähigkeit, die meisten Metalle zu lösen, von Interesse, bis 1847 das Nitroglycerin entdeckt wurde. Kurz darauf, mit der Erschließung einer neuen Reihe von Sprengstoffen, die durch die Nitrierung organischer Verbindungen hergestellt werden, waren Salpetersäure – und ihr Vorläufer, Salpeter – sehr gefragt. Bis Anfang des 20. Jahrhunderts erfolgte die gesamte Salpetersäureproduktion aus Salpeter.
1901 entwickelte der in Lettland geborene deutsche Chemiker Willhelm Ostwald eine Methode zur Synthese von Salpetersäure durch katalytische Oxidation von Ammoniak. Der Prozess erfolgt in drei Schritten. Zunächst wird ein Gemisch aus einem Teil Ammoniak (NH3)-Gas und 10 Teilen Luft in die katalytische Kammer geleitet, wo sich bei einer Temperatur von 1292 bis 1472 °C das Ammoniak mit einem Platin-Katalysator mit Sauerstoff (O700) zur Herstellung von Stickoxid (NO): 800NH2 + 4O3 → 5NO + 2H4O. Zweitens wird in der Oxidationskammer bei einer Temperatur von 6 °C Stickstoffmonoxid mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid kombiniert: 2NO + O122 → 50NO2. Schließlich wird in der Absorptionskammer das Stickstoffdioxid in Wasser gelöst, wodurch Salpetersäure (HNO2) und Stickstoffmonoxid entstehen, die dann recycelt werden können: 2NO2 + H3O → 3HNO2 + NO.
Das Ostwald-Verfahren erzeugt Salpetersäure als wässrige Lösung mit einer Konzentration von etwa 60 %. Durch Destillation wird die Konzentration auf 68.5% erhöht, was die Salpetersäure in Reagensqualität ergibt, die für die meisten Zwecke verwendet wird. Diese Säure ist ein Azeotrop aus Salpetersäure und Wasser, was bedeutet, dass die beiden Verbindungen bei der gleichen Temperatur sieden – 251.6 ° F (122 ° C) und daher durch einfache Destillation nicht weiter konzentriert werden kann. Wenn höhere Konzentrationen erforderlich sind, können sie durch Destillation mit konzentrierter Schwefelsäure – die das Wasser absorbiert – oder direkt durch die Kombination von Stickstoffdioxid, Wasser und Sauerstoff unter hohem Druck gewonnen werden.
Dieser chemische Prozess würde die Abhängigkeit von abnehmenden Salpeterreserven verringern, erforderte jedoch eine Ammoniakquelle, die zu dieser Zeit nicht in großen Mengen verfügbar war. Das Ammoniakproblem wurde durch die Entwicklung des Haber-Verfahrens gelöst, bei dem diese Verbindung mit Luftstickstoff und Wasserstoff aus Erdgas synthetisiert wurde. Das Ostwald-Verfahren hat sich schnell als Hauptverfahren zur Salpetersäureherstellung durchgesetzt.
Diese beiden industriellen Prozesse ermöglichten die kostengünstige Herstellung von Salpetersäure in großen Mengen. Dies wiederum führte zu einer gesteigerten landwirtschaftlichen Produktivität, da Nitratdünger in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden konnten. Es verlängerte jedoch auch den Ersten Weltkrieg, da Deutschland – während des Krieges von den meisten Salpeterlieferungen abgeschnitten – weiterhin Sprengstoff in großen Mengen produzieren konnte.