Le procédé Ostwald est une méthode utilisée pour la production industrielle d’acide nitrique, brevetée par le chimiste germano-letton Willhelm Ostwald en 1902 et mise en œuvre pour la première fois en 1908. Dans ce procédé, l’acide nitrique est synthétisé par oxydation de l’ammoniac. Avant l’introduction du procédé d’Ostwald, tout l’acide nitrique était produit par distillation du salpêtre — nitrate de sodium (NaNO3) ou nitrate de potassium (KNO3) — avec de l’acide sulfurique concentré. Le procédé d’Ostwald représente désormais toute la production industrielle d’acide nitrique, un produit chimique crucial pour les industries des engrais et des explosifs.
La première synthèse d’acide nitrique – en chauffant un mélange de salpêtre, de sulfate de cuivre et d’alun – est généralement attribuée à l’alchimiste arabe Jabir ibn Hayyan Geber au VIIIe siècle, mais il existe une certaine incertitude à ce sujet. Au milieu du 8ème siècle, le chimiste allemand Johann Rudolf Glauber a produit l’acide en distillant du salpêtre avec de l’acide sulfurique. L’acide nitrique était intéressant principalement en raison de sa capacité à dissoudre la plupart des métaux jusqu’à la découverte, en 17, de la nitroglycérine. Peu de temps après, avec l’ouverture d’une nouvelle gamme d’explosifs fabriqués par nitration de composés organiques, l’acide nitrique – et son précurseur, le salpêtre – étaient très demandés. Jusqu’au début du 1847e siècle, toute la production d’acide nitrique provenait du salpêtre.
En 1901, Willhelm Ostwald, un chimiste allemand né en Lettonie, a développé une méthode de synthèse d’acide nitrique à partir de l’oxydation de l’ammoniac par catalyse. Le processus se déroule en trois étapes. Tout d’abord, un mélange d’une partie d’ammoniac (NH3) gazeux et de 10 parties d’air est introduit dans la chambre catalytique où, à une température de 1292 à 1472 °F (700 à 800 °C) et en utilisant un catalyseur au platine, l’ammoniac se combine avec l’oxygène (O2) pour produire de l’oxyde nitrique (NO) : 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O. Deuxièmement, dans la chambre d’oxydation, à une température de 122 °F (50 °C), l’oxyde nitrique est combiné à l’oxygène pour produire du dioxyde d’azote : 2NO + O2 → 2NO2. Enfin, dans la chambre d’absorption, le dioxyde d’azote est dissous dans l’eau, donnant de l’acide nitrique (HNO3) et du monoxyde d’azote, qui peuvent ensuite être recyclés : 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO.
Le procédé d’Ostwald produit de l’acide nitrique sous la forme d’une solution aqueuse d’une concentration d’environ 60 %. Par distillation, la concentration est augmentée à 68.5%, donnant l’acide nitrique de qualité réactif qui est utilisé dans la plupart des cas. Cet acide est un azéotrope d’acide nitrique et d’eau, ce qui signifie que les deux composés bout à la même température – 251.6 °F (122 °C), et donc il ne peut pas être davantage concentré par simple distillation. Si des concentrations plus élevées sont nécessaires, elles peuvent être obtenues par distillation avec de l’acide sulfurique concentré — qui absorbe l’eau — ou directement par la combinaison de dioxyde d’azote, d’eau et d’oxygène à haute pression.
Ce processus chimique réduirait la dépendance à l’égard des réserves décroissantes de salpêtre, mais nécessitait une source d’ammoniac, qui à cette époque n’était pas facilement disponible en grandes quantités. Le problème de l’ammoniac a été résolu par le développement du procédé Haber, dans lequel ce composé a été synthétisé à l’aide d’azote atmosphérique et d’hydrogène à partir de gaz naturel. Le procédé d’Ostwald est rapidement devenu le principal moyen de production d’acide nitrique.
Ces deux procédés industriels entre eux ont permis la production bon marché d’acide nitrique en quantités énormes. Cela a conduit à son tour à une augmentation de la productivité agricole, car les engrais azotés pouvaient être produits à bas prix en grandes quantités. Cependant, cela a également prolongé la Première Guerre mondiale, car l’Allemagne – coupée de la plupart des approvisionnements en salpêtre pendant la guerre – a pu continuer à produire des explosifs en grandes quantités.