Technikwissenschaftliche Anteile
„Entwicklung der exakten Naturwissenschaften und Technik von der Dampfmaschine bis zur
Raumfahrt im 20. Jahrhundert“
Wintertrimester 2002

Das Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniaksynthese

Oliver Schirmer

Inhaltsverzeichnis

A. Die Notwendigkeit der Ammoniakgewinnung 1-2

B. Die Entwicklung des Haber-Bosch-Verfahrens zur Ammoniakgewinnung
I. Fritz Habers Lebensweg 3-6
II. Die Ammoniaksynthese 6-7
III. Exkurs: Katalysatoren 7-9
IV. Der Weg zum Ziel 9-11
V. Carl Bosch: Chemiker, Techniker und Industrieller 12-13
VI. Die Kernprobleme der großindustriellen Umsetzung und ihre Lösung 14-18
VII. Die Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren 18-19

C. Die weitere Entwicklung und Zusammenfassung 19-21

D. Literaturverzeichnis 22

E. Internetverzeichnis 23

A. Die Notwendigkeit der Ammoniakgewinnung

Die Entwicklung der Dampfmaschine und die daraus folgende Industrialisierung Europas und später der ganzen Welt hatte weitreichende Auswirkungen auf das Bevölkerungswachstum. Die Lebensqualität verbesserte sich und die Weltbevölkerung stieg kontinuierlich an. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts ergab sich das Problem der Lebensmittelversorgung der Bevölkerung. Es mussten Mittel und Wege gefunden werden, mit deren Hilfe aus den vorhandenen landwirtschaftlich genutzten Flächen qualitativ und quantitativ höhere Erträge erzielt werden konnten. Schon zu Beginn des 19.Jahrhunderts war den Gelehrten klar, dass die aus dem Boden entnommenen Nährstoffe, jenem auf einer anderen Weise wieder zugeführt werden mussten. Der Boden wurde mit „Kompost und Exkrementen“ gedüngt, um den erforderlichen Stickstoff zuzuführen. Da dies aber im Laufe der Zeit nicht mehr ausreichte, forschte man auf diesem Gebiet und kam zu der Erkenntnis, dass Ammoniak und der darin gebundene Stickstoff eine Lösung darstellte. Ammoniak fiel seit dem 19.Jahrhundert als Nebenprodukt in Kokereien an, es war aber aufgrund der steigenden Nachfrage notwendig, diese chemische Verbindung industriell aus den Elementen herzustellen. Es begann ein langer Weg der Suche nach geeigneten Mitteln und Methoden zur Ammoniakherstellung.

In dieser Arbeit wird der Weg von der Ammoniaksynthese bis hin zum Haber – Bosch – Verfahren1 dargestellt. Der Leser soll einen Einblick in die Herstellung von Ammoniak gewinnen und außerdem soll er mit den Problemen konfrontiert werden, die Fritz Haber und Carl Bosch zu überwinden hatten. Die Arbeit ist in die Teile A, B, C, D und E gegliedert. Der erste Teil soll den Leser zum Thema hinführen und das Ziel sowie die Gliederung der Arbeit verdeutlichen. Im Teil B; der als Kern das Haber – Bosch – Verfahren beinhaltet, wird mit Hilfe der Biographien von Fritz Haber und Carl Bosch dem Leser ein Eindruck über das Leben der beiden Nobelpreisträger und die damit verbundenen Einflüsse auf ihre Arbeit vermittelt. Weiterhin wird die Ammoniaksynthese und deren Voraussetzungen behandelt. Ein Exkurs mit dem Thema „Katalysatoren“soll dem Leser einen Überblick über die katalytische Wirkungsweise verschaffen und die Notwendigkeit der Katalysatoren darlegen. Danach wird „Habers Weg zum Ziel“ beschritten, bei dem die erlangten theoretischen und praktischen Erkenntnisse umgesetzt wurden. Bei der großtechnischen Umsetzung der Ammoniaksynthese, mit der Carl Bosch beauftragt wurde, gab es verschiedene Kernprobleme, die angesprochen werden und deren Lösungsweg ein wichtigen Schwerpunkt der Arbeit darstellt. Abgeschlossen wird der Hauptteil mit der Ammoniaksynthese im Überblick nach dem Haber-Bosch-Verfahren. Der Teil C schließt die Arbeit mit einem Ausblick auf die weitere Entwicklung der Ammoniaksynthese und einer Zusammenfassung ab. Die Teile D und E beinhalten das Literaturverzeichnis bzw. das Internetverzeichnis. Als Grundlage für diese Arbeit dienten, wie schon angedeutet, Literatur - und Internetquellen. Das Internet wurde überwiegend zur Beschaffung von allgemeinen Informationen genutzt und um einen Überblick über das Thema zu bekommen. Hauptsächlich basiert die Arbeit aber auf Literatur, da diese detaillierter war und somit einen besseren Einblick in den Sachverhalt ermöglichte. Als wichtigste Literatur sind die Werke von Margit Szöllösi – Janze und Dietrich Stoltzenberg zu nennen, welche sich ausführlich mit dem Leben, Wirken und Schaffen von Fritz Haber beschäftigen. Zur Darstellung der Problematik, mit der sich Carl Bosch beschäftigte, war die Nobelpreisrede von ihm aus dem Jahr 1932 sehr hilfreich und wurde in ihren wesentlichen Aussagen eingearbeitet. Im Hauptteil der Arbeit erkennt man eine Polarisierung zwischen der Arbeit Boschs und Habers. Dies war möglich, da die Arbeiten der beiden Wissenschaftler bei der Entwicklung des Haber – Bosch – Verfahrens zeitlich hintereinander und getrennt stattfanden.

B. Die Entwicklung des Haber – Bosch – Verfahrens zur Ammoniakgewinnung

I. Fritz Habers Lebensweg

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1Vgl. Neumüller, Otto – Albrecht: Römpps Chemie – Lexikon H – L. Bd. 3, 8. neubearbeitete und erweiterte Auflage, Stuttgart 1983, S. 1585 – 1586.