ammoniakk

Det meste av ammoniakken som produseres, brukes til fremstilling av mineralgjødsel (ammoniumsalter og nitrater). Ammoniakk er også tillatt som aromastoff i bearbeida matvarer.

Ammoniakk brukes i jordbruket til behandling av halm.

• Les mer om ammoniakkbehandling og ensilering.

Flytende ammoniakk brukes i noen kjøleskap på grunn av sin store fordampningsvarme (23,4 kJ/mol ved kokepunktet).

Vannløsninger av ammoniakk reagerer basisk og brukes derfor i enkelte vaskemidler, som salmiakkspiritus.

Flytende ammoniakk blir i økende grad brukt som energibærer. Ammoniakk er karbonfritt og har en høyere energitetthet enn for eksempel flytende hydrogen.

• Les mer om ammoniakk som energibærer.

75 prosent av all ammoniakk i verden produseres etter Haber-Bosch-metoden. Den foregår ved at nitrogen i lufta reagerer med hydrogen etter følgende reaksjonsligning:

\[\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}\]

Her er ΔH = −92,2 kJ.

Denne fremstillingsmetoden ble opprinnelig utviklet av Fritz Haber. Fordi reaksjonen skjer under volumkontraksjon og varmeutvikling, blir utbyttet bedre jo høyere trykk og jo lavere temperatur den foregår ved. Vanlig reaksjonstemperatur er rundt 350–600 °C og trykk rundt 150–300 atm.

I dag brukes en jernbasert katalysator for å oppnå tilstrekkelig reaksjonsfart ved denne temperaturen. Etter å ha passert katalysatoren, avkjøles gassblandingen, som da inneholder rundt 17 prosent ammoniakk, slik at denne går over til væske. Det nitrogenet og hydrogenet som ikke har reagert, føres tilbake i prosessen.

Hydrogengassen som brukes i prosessen, fremstilles i dag fra naturgass. Tidligere anlegg basert på kull eller elektrolyse av vann er blitt uøkonomiske.

I prosessen beskrevet i figuren blir hydrogengass fremstilt fra metan, og så blir ammoniakk syntetisert ved Haber-Bosch-metoden. Prosessen ble benyttet ved Norsk Hydro, som produserte ammoniakk til bruk i fremstilling av Norgesalpeter.

1. Metan blir blandet med vanndamp og omdannet til hydrogen og karbonmonoksid. Dette foregår under trykk og ved hjelp av en katalysator i en oppvarmet dampreformer. Gassblandingen blir så tilført luft for forbrenning av resterende metan, og for å gi gassblandingen det innholdet av nitrogen som er nødvendig for ammoniakksyntesen.
2. Etter avkjøling blir gassblandingen brakt til å reagere med vanndamp i karbonmonoksid-konverteringsanlegget. Her omdannes karbonmonoksidet til karbondioksid og hydrogen. Karbondioksidet fjernes ved vasking med vann under trykk. Gassblandingen inneholder nå, foruten hydrogen og nitrogen som skal forenes under ammoniakksyntesen, også små mengder metan, karbonmonoksid og karbondioksid.
3. De to siste gassene er skadelige under syntesen og overføres derfor til metan i en metaniseringsprosess. Metanet blir fjernet fra systemet, selv om det ikke virker forstyrrende på selve syntesen.
4. Avdeling for ammoniakksyntese. Ammoniakk blir fremstilt ved Haber-Bosch-metoden ved ca. 500 °C og 250 atm. Metan som ikke har reagert, tilbakeføres til prosessen.
5. Flytende ammoniakk oppbevares i egne lagre.

I dag har Yara tatt over som ledende leverandør av mineralgjødsel, men ammoniakkproduksjonen benytter fremdeles Haber-Bosch-metoden.

Noe ammoniakk produseres også etter Casale- eller Claude-metoden. Disse ligner Haber-Bosch-metoden, men går ved mye høyere trykk, henholdsvis rundt 850 atm og rundt 1000 atm, og ved en temperatur på rundt 500 °C.

• Casale-metoden er oppkalt etter den italienske kjemikeren Luigi Casale (1882–1927). Den første ammoniakkproduksjonen med Casale-metoden ble startet i 1923 av Asahi i Japan, mens det sveitsiske produksjonsfirmaet Ammonia-Casale (grunnlagt i Lugano i 1921) startet ammoniakkproduksjon etter metoden i 1925. Prosessen er senere blitt modifisert flere ganger.
• Claude-metoden er oppkalt etter den franske oppfinneren og kjemikeren Georges Claude (1870–1960) som fant opp metoden omkring 1917.

Før ble Frank-Caros metode (kalk-kvelstoff-metoden) etter Adolf Frank og Nicodemus Caro brukt, der kalsiumcyanamid, CaCN₂, spaltes av overhetet vanndamp under dannelse av ammoniakk.