تُعد عملية هابر – بوش للأمونيا منذ ظهورها عام 1909م إحدى أهم الإنجازات الهندسية والكيميائية في التاريخ الحديث، وهي الطريقة الصناعية الرئيسية لإنتاج الأمونيا من غازي النيتروجين والهيدروجين، ويُقدر أن هذه العملية مسؤولة عن دعم ثلثي سكان العالم، الأمونيا هي المكون الأساسي للأسمدة النيتروجينية، التي أدت إلى زيادة هائلة في الإنتاج الزراعي العالمي.
عملية هابر – بوش لها تأثيرات بيئية ضارة تنبع معظمها من مرحلتين رئيسيتين: إنتاج الهيدروجين واستخدام المنتج النهائي (الأسمدة) فقد كانت ضرورية للأمن الغذائي العالمي، في القرن العشرين وماقبلة ولكن مع التوجه العالمي للطاقة الخضراء (Green Energy Transition) إلى التحول الواسع والمستدام لمصادر الطاقة المتجددة التي لا تطلق انبعاثات كربونية ضارة بدلا من الاعتماد على مصادر الطاقة التقليدية الملوثة للبيئة.
تاريخ عملية هابر -بوش وأهميتها
تم ابتكار عملية هابر – بوش لأول مرة من قبل الكيميائي الألماني فريتز هابر في عام 1909م، الذي نجح في توليف الأمونيا من مكوناتها الأولية في ظروف مختبرية. بعد ذلك، قام الكيميائي والمهندس كارل بوش بتطويرها وتوسيع نطاقها لتصبح عملية صناعية قابلة للتطبيق على نطاق واسع، ولهذا سُميت العملية باسميهما معًا.
كانت الأهمية الجوهرية لـ عملية هابر – بوش في كسر جمود جزيء النيتروجين الثابت في الغلاف الجوي. قبل هابر-بوش، كان الحصول على النيتروجين التفاعلي (اللازم لإنتاج الأسمدة والمتفجرات) يعتمد بشكل كبير على مصادر طبيعية محدودة مثل نترات الصوديوم (ملح البارود التشيلي).
أتاحت عملية هابر – بوش للعالم الوصول إلى مخزون غير محدود عمليًا من النيتروجين الموجود في الهواء (يشكل حوالي 78% من الغلاف الجوي).
المراحل الصناعية لعملية هابر – بوش للأمونيا
تتكون عملية هابر – بوش من عدة مراحل رئيسية كالتالي :
1- إنتاج المواد الأولية
يتم الحصول على النيتروجين من الهواء المسال، بينما يتم إنتاج الهيدروجين بشكل أساسي عن طريق التكسير البخاري للغاز الطبيعي (الميثان)، وهي عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة.
2- التنقية والضغط
يتم تنقية غازي النيتروجين والهيدروجين للتخلص من الشوائب، خاصة أول أكسيد الكربون، الذي يمكن أن يفسد العامل الحفاز. بعد ذلك، يتم ضخ الخليط إلى الضغط المطلوب.
3-غرفة التفاعل (المحول)
يتم تمرير الغازات المضغوطة والمُسخنة عبر غرفة تحتوي على العامل الحفاز، تحدث عملية التفاعل، ولكن نظرًا لكون التفاعل انعكاسيًا، فإن نسبة تحول الغازات إلى أمونيا في المرور الواحد تكون عادة منخفضة (أقل من 40%).
4-التبريد والفصل
يتم تمرير الخليط الناتج (الذي يحتوي على الأمونيا، بالإضافة إلى النيتروجين والهيدروجين غير المتفاعلين) عبر نظام تبريد. تتكثف الأمونيا وتتحول إلى سائل، بينما تبقى الغازات غير المتفاعلة على شكل غاز.
5- التدوير (Recycling)
يتم فصل الأمونيا السائلة لتجميعها، بينما يُعاد تدوير النيتروجين والهيدروجين الغازيين غير المتفاعلين وضخهما مرة أخرى إلى غرفة التفاعل لزيادة الإنتاج الكلي.
الأثر البيئي والاقتصادي لعملية هابر-بوش للأمونيا
أتاحت عملية هابر – بوش إنتاجً الأمونيا ،والاسمدة مما أدى إلى انفجار سكاني ودعم الأمن الغذائي العالمي ومع ذلك، فإن العملية لها عواقب بيئية كبيرة:
-
استهلاك الطاقة: عملية هابر – بوش كثيفة الاستهلاك للطاقة بشكل استثنائي، حيث يُستخدم ما يقرب من 1-2% من إجمالي إنتاج الطاقة العالمي لتشغيلها، وذلك بشكل أساسي لإنتاج الهيدروجين.
-
بصمة الكربون: نظرًا لاعتمادها التقليدي على الوقود الأحفوري (الغاز الطبيعي) كمصدر للهيدروجين والطاقة، فإن عملية هابر – بوش تساهم بشكل كبير في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
-
التلوث النيتروجيني: الاستخدام المفرط للأسمدة النيتروجينية يؤدي إلى جريانها إلى المسطحات المائية، مما يساهم في ظاهرة الإغناء الغذائي وتلوث المياه الجوفية.
ختاما، تظل عملية هابر – بوش هي الأساس المعرفي والكيميائي الذي نبني عليه طريق الاستدامة من الاعتماد على مصدر طاقة أحفوري إلى الاستفادة من الطاقة الخضراء لإنتاج نفس المركب الحاسم، مما يدل على أن أفضل طريقة لتكريم إنجاز علمي عظيم هي تسخير مبادئه لتلبية احتياجات العالم المتغيرة بطريقة مستدامة، المستقبل يكمن في دمج هذا الإنجاز التاريخي مع طرق الإنتاج المستدام لضمان الأمن الغذائي والأمن الطاقي في آن واحد.
فيديو .. عملية هابر – بوش
المراجع :
- إنتاج الأمونيا من غازي النتروجين و الهيدروجين، عملية هابر-بوش – mozaweb
- تكنولوجيا جديدة تحول الأمونيا إلى وقود للصناعات الثقيلة – منصة solarabic
- عملية هابر- بوش – biochemistry
اقرأ أيضا :
- 7 مزايا لإنتاج الأمونيا الزرقاء تعرف عليها
- انبعاثات الأمونيا والبيئة : 5 مصادر رئيسية تهدد التوازن البيئي وصحة الإنسان
- استخدامات الأمونيا الصناعية: 9 مجالات حيوية تُشكل حلول مستدامة للطاقة
- محفزات إنتاج الأمونيا: 5 طرق حديثة لزيادة الإنتاج و نمو الاقتصاد
