Le fer : un catalyseur essentiel
Au début du 20ème siècle, la population mondiale eut un accroissement exponentiel, ce qui augmenta la demande de nourriture autour du monde, surtout en Amérique du Nord et en Europe. L’agriculture est donc devenue un défi important chez divers pays européens qui manquaient des engrais effectifs riches en nitrogène, tel que le nitrate de sodium du Chili, qui furent nécessaires pour faire pousser diverses plantes. L’Allemagne s’intéressait également au le nitrogène car elle se préparait pour la Première Guerre Mondiale et le nitrogène était essentiel pour la fabrication de bombes. Cela encouragea plusieurs scientifiques à chercher un processus chimique qui faciliterait la production de l’ammoniac, NH3, d’une façon rapide et peu coûteuse. Le procédé Haber, élaboré par chimiste allemand Fritz Haber et plus tard amélioré par Carl Bosch, permit la production rapide de l’ammoniac utilisant le diazote gazeux atmosphérique à fortes liaisons triples, le dihydrogène, formé surtout par le méthane, et un catalyseur de fer fortifié en oxygène.
N2 + 3 H2 → 2 NH3 (ΔH = −92.4 kJ· mol−1)
Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d’une réaction mais n’est pas consommée par le produit final. Il facilite la réaction en baissant l’énergie d’activation nécessaire pour compléter la réaction, permettant à plus de molécules de débuter la réaction. Haber avait utilisé catalyseur d’osmium car il était très effectif. Par contre, le fer est beaucoup moins coûteux et a éventuellement remplacé l’osmium.
Le procédé Haber utilise du gaz naturel (particulièrement du méthane), de l’air, de l’eau et du fer fortifié en oxygène (particulièrement de la magnétite). Le procédé débute en exposant le méthane (CH4) à de la vapeur d’eau (H2O) pour former de l’hydrogène gazeux (H2) et du monoxyde de carbone (CO). Le monoxyde de carbone est ensuite exposé à plus de vapeur d’eau pour former de l’hydrogène gazeux et du dioxyde de carbone (CO2). Ensuite, une