סקירה כללית של תהליך הבר-בוש

ה תהליך הבר-בוש הוא תהליך המקבע חנקן עם מימן לייצור אמוניה - חלק קריטי בייצור דשנים מהצומח. התהליך פותח בראשית המאה העשרים על ידי פריץ הבר ושונה לאחר מכן כדי להפוך לתהליך תעשייתי לייצור דשנים על ידי קרל בוש. תהליך הבר-בוש נחשב בעיני מדענים ומלומדים רבים כאחד ההתקדמות הטכנולוגית החשובה ביותר של המאה העשרים.

תהליך הבר-בוש חשוב ביותר מכיוון שהוא היה הראשון בתהליכים שפותחו ואיפשרו לאנשים לייצר דשנים צמחיים המוניים עקב ייצור אמוניה. זה היה גם אחד התהליכים התעשייתיים הראשונים שפותחו כדי להשתמש בלחץ גבוה ליצירת תגובה כימית (ריי-דופרי, 2011). זה איפשר לחקלאים לגדל יותר מזון, מה שבתורו אפשר זאת חקלאות לתמוך באוכלוסייה גדולה יותר. רבים רואים בתהליך הבר-בוש אחראי לזרם של כדור הארץ פיצוץ אוכלוסין שכן "כמחצית החלבון בבני האדם של ימינו מקורו בחנקן קבוע בתהליך הבר-בוש" (Rae-Dupree, 2011).

לפי התקופה של תיעוש האוכלוסייה האנושית גדלה במידה ניכרת, וכתוצאה מכך היה צורך להגדיל את ייצור התבואה והחקלאות החלה באזורים חדשים כמו רוסיה, אמריקה ואוסטרליה (מוריסון, 2001). על מנת להפוך את היבולים לייצור יותר באזורים אלה ואחרים, החלו החקלאים לחפש דרכים להוסיף חנקן לאדמה, והשימוש בזבל ובהמשך גואנו וחנקן מאובנים גבר.

בשלהי המאה העשרים ובראשית המאה העשרים החלו מדענים, בעיקר כימאים, לחפש דרכים לפתח דשנים על ידי תיקון מלאכותי של חנקן כפי שעושים קטניות בשורשיהם. ב- 2 ביולי 1909 הפיק פריץ הבר זרימה רציפה של אמוניה נוזלית מימן וחנקן גזים שהוזנו לצינור ברזל חם ולחץ מעל זרז מתכת אוסמיום (מוריסון, 2001). זו הייתה הפעם הראשונה שמישהו הצליח לפתח אמוניה באופן זה.

מאוחר יותר, קרל בוש, מתכתי ומהנדס, פעל לשכלול התהליך הזה של סינתזת אמוניה, כך שניתן יהיה להשתמש בו בקנה מידה עולמי. בשנת 1912 החלה בניית מפעל בעל כושר ייצור מסחרי באופאו, גרמניה. הצמח היה מסוגל לייצר טון אמוניה נוזלית בחמש שעות ובשנת 1914 ייצר המפעל 20 טון חנקן שמיש ליום (מוריסון, 2001).

עם תחילת מלחמת העולם הראשונההייצור של חנקן לדשנים במפעל הופסק והייצור עבר לחומר נפץ ללוחמת תעלה. מאוחר יותר נפתח מפעל שני בסקסוניה, גרמניה כדי לתמוך במאמץ המלחמתי. בסוף המלחמה חזרו שני הצמחים לייצור דשנים.

התהליך פועל כיום ממש כמו שהיה במקור על ידי שימוש בלחץ גבוה במיוחד כדי לכפות תגובה כימית. זה עובד על ידי קיבוע חנקן מהאוויר עם מימן מגז טבעי לייצור אמוניה (תרשים). על התהליך להשתמש בלחץ גבוה מכיוון שמולקולות חנקן מוחזקות יחד עם קשרים משולשים חזקים. בתהליך הבר-בוש משתמשים בזרז או מיכל העשוי מברזל או רותניום עם טמפרטורה פנימית של מעל 800 F (426 צלזיוס) ולחץ של כ -200 אטמוספרות בכדי לכפות יחד חנקן ומימן (Rae-Dupree, 2011). לאחר מכן, היסודות עוברים מהזרז אל תוך כורים תעשייתיים שבהם היסודות הופכים בסופו של דבר לאמוניה נוזלית (Rae-Dupree, 2011). לאחר מכן משתמשים באמוניה הנוזלית ליצירת דשנים.

כיום דשנים כימיים תורמים לכמחצית מהחנקן המוכנס לחקלאות העולמית, ומספר זה גבוה יותר במדינות מפותחות.

כיום המקומות עם הביקוש הרב ביותר לדשנים אלה הם גם המקומות שבהם אוכלוסיית העולם צומח הכי מהר. כמה מחקרים מראים שכ- "80 אחוז מהגידול העולמי בצריכת דשני חנקן בין 2000 ל -2009 הגיעו מהודו וסין" (להתערבב, 2013).

למרות הגידול במדינות הגדולות בעולם, גידול האוכלוסייה הגדול בעולם מאז פיתוח תהליך הבר-בוש מראה עד כמה היה חשוב לשינויים בעולם אוכלוסייה.

התהליך הנוכחי של קיבוע החנקן אינו יעיל לחלוטין, ואבד כמות גדולה לאחר שהוא מוחל על שדות בגלל נגר כאשר יורד גשם והתנעה טבעית כשהוא יושב בפנים שדות. היצירה שלה גם היא עתירת אנרגיה במיוחד בגלל לחץ הטמפרטורה הגבוה הדרוש לשבירת קשרים מולקולריים של חנקן. מדענים פועלים כיום לפיתוח דרכים יעילות יותר להשלמת התהליך וליצירת דרכים ידידותיות יותר לסביבה התומכות בחקלאות בעולם ובאוכלוסייה הצומחת.