जर्मन रसायनशास्त्रज्ञ फ्रिट्स हाबर आणि कार्ल बॉश यांनी विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला अमोनिया तयार करण्याची जी औद्योगिक पद्धत विकसित केली, तिला ‘हाबर-बॉश विक्रिया’ असे म्हणतात. या विक्रियेत वायुरूपातील नायट्रोजन (N2) आणि हायड्रोजन (H2) एकास तीन या प्रमाणात मिसळतात आणि हे मिश्रण उच्च तापमान व दाबाखाली राखले जाते. लोह-आधारित उत्प्रेरकाच्या सान्निध्यात नायट्रोजन आणि हायड्रोजन रेणूंमधील बंध तुटून एक नायट्रोजन आणि तीन हायड्रोजन असलेला अमोनिया (NH3) रेणू तयार होतो. या ऊष्मादायी (Exothermic) अभिक्रियेतून तयार होणारा अमोनिया वायू कमी तापमानाला आणून द्रवरूपात गोळा केला जातो.
हाबर-बॉश विक्रियेतील मुख्य अभिक्रिया :
वरील अभिक्रिया समीकरणात दाखवल्याप्रमाणे ही अभिक्रिया व्युत्क्रमी (Reversible) आहे. परंतु योग्य तापमान, दाब आणि उत्प्रेरक या तीन घटकांच्या सान्निध्यात अभिक्रियेचा समतोल (Equilibrium) उजवीकडे, म्हणजेच अमोनिया निर्मितीकडे झुकतो. जास्तीत जास्त अमोनिया निर्मितीसाठी या घटकांची विशिष्टता पाळणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे.
पार्श्वभूमी : हाबर यांनी १९०९ मध्ये या विक्रियेचे प्रात्यक्षिक प्रथम प्रायोगिक पातळीवर सादर केले, जे पाहून बीएएसएफ या रसायने बनवणाऱ्या जर्मन कंपनीने तत्परतेने या विक्रियेचे मालकी हक्क विकत घेतले. बीएएसएफ कंपनीचे तत्कालीन कर्मचारी असलेल्या बॉश यांनी ही विक्रिया औद्योगिक पातळीवर घेऊन जाण्याची जबाबदारी घेतली. १९१० मध्ये बॉश यांना हाबर विक्रियेचा वापर करून मोठ्या प्रमाणावर अमोनिया बनवण्याच्या प्रयत्नात यश आले. अमोनियासारख्या बहुपयोगी परंतु संश्लेषणाला अवघड अशा संयुगाच्या निर्मिती-प्रक्रियेच्या शोधासाठी हाबर यांना १९१८ मध्ये, तर या विक्रियेच्या औद्योगिक स्तरावरील अभियांत्रिकीसाठी बॉश यांना १९३१ मध्ये नोबेल पारितोषिकाने सन्मानित करण्यात आले.
विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला नायट्रेट संयुगांची आणि अमोनियाची मागणी वाढू लागली. जागतिक लोकसंख्यावाढीच्या प्रमाणात शेतमालाचे उत्पादन वाढवण्यासाठी रासायनिक खतांची गरज भासू लागली. रासायनिक खते तसेच इतर औद्योगिक उत्पादनांच्या निर्मितीमध्ये अमोनिया ही प्राथमिक गरज असते. नायट्रेट संयुगांचे नैसर्गिक स्रोत हे लवकरच अपुरे पडू लागणार याची जाणीव जगाला होऊ लागली. अशा या जागतिक पार्श्वभूमीवर हाबर आणि बॉश यांचे योगदान महत्त्वाचे ठरते. त्यांच्या कार्याने केवळ वैज्ञानिक जगातीलच नव्हे तर सामान्य लोकजीवनातील महत्त्वाचे प्रश्न सुटले.
विक्रियेचे स्वरूप : हाबर विक्रियेसाठी आवश्यक हायड्रोजन वायू नैसर्गिक वायूपासून मिळवला जातो, तर नायट्रोजन वायू हवेतून वेगळा केला जातो. नायट्रोजन वायूच्या रेणूमधील तिहेरी बंध (Triple bond) हा निसर्गातील सर्वांत शक्तिशाली बंधांपैकी एक आहे, ज्यामुळे तो तोडण्यासाठी भरपूर ऊर्जा खर्च करावी लागते. ही ऊर्जा उष्णतेच्या रूपात दिली जाते. एकूण अभिक्रियेचा समतोल राखण्यासाठी आणि जास्तीत जास्त अमोनिया तयार व्हावा, यासाठी तापमान हे ४००० — ५००० से. राखले जाते. अभिक्रिया आणखी वेगवान करण्यासाठी वायूंचे मिश्रण उच्च दाबाखाली (साधारण २०० ॲटमॉस्फिअर) राखले जाते.
कमी वेळात जास्त अमोनिया बनवण्याच्या हाबर विक्रियेच्या लक्षणीय यशाचे श्रेय हे मुख्यत: या विक्रियेत वापरल्या जाणाऱ्या उत्प्रेरकाकडे (Catalyst) जाते. हा उत्प्रेरक कणरूपी लोहाच्या स्वरूपात असतो. या लोहकणांच्या पृष्ठभागावरच हाबर-बॉश विक्रियेतील मुख्य अभिक्रिया घडते. ही अभिक्रिया आणखी सुलभ होण्यासाठी ॲल्युमिनियम ऑक्साइड, कॅल्शियम ऑक्साइड असे प्रवर्तक (Promoter) लोहकण-निर्मितीदरम्यान शुद्ध लोहामध्ये मिसळतात.
उपयुक्तता : अमोनिया निर्मितीकरिता १९०९ आधी वापरात असलेल्या सायनामाइड विक्रियेला (Cynamide process) आज हाबर-बॉश विक्रियेने पूर्णतः कालबाह्य केले आहे. सध्या हाबर-बॉश विक्रियेमार्फत जगभरात सुमारे २,००० लाख टन (२००,०००,००० टन) अमोनियाचे वार्षिक उत्पादन होते, ज्याचा मुख्य उपयोग रासायनिक खतनिर्मितीमध्ये होतो. उरलेला अमोनिया वस्त्रोद्योगात तसेच कीटकनाशके, स्फोटके, रंग इत्यादींच्या निर्मितीमध्ये वापरतात. पहिल्या महायुद्धाच्या वेळेस जर्मन सैन्याला स्फोटकनिर्मितीसाठी आवश्यक अमोनिया याच हाबर-बॉश विक्रियेतून मिळाला.
जितकी हाबर-बॉश विक्रिया उपयुक्त आहे, तितकीच ती ऊर्जा आणि संसाधनभक्षकही आहे. जगभरातील एकूण नैसर्गिक वायू वापराचा ३ — ५ %, एकूण ऊर्जा वापराचा १ – २ % तसेच एकूण कार्बन उत्सर्जनाचा १ % भाग हाबर-बॉश विक्रियेचा आहे. या विक्रियेची कार्बन पदचिन्हे (Carbon footprints) आणि विक्रियेदरम्यान होणारा ऊर्जेचा अपव्यय घटवण्यासाठी जागतिक पातळीवर प्रयत्न सुरू आहेत. सध्या विकसित होत असलेल्या नवनवीन विद्युत-रासायनिक (Electrochemical) आणि जैव-रासायनिक (Biochemical) विक्रिया येत्या काही दशकांत हाबर-बॉश विक्रियेला शाश्वत पर्याय ठरू शकतील.
सहपरिणाम : हाबर-बॉश विक्रियेमुळे निसर्गात जैविकदृष्ट्या उपलब्ध असलेल्या नायट्रोजनची (Reactive nitrogen) पातळी अचानक वाढली. परिणामी नायट्रोजन चक्राचा समतोल ढासळत आहे. यामुळे अनेक जैविक परिसंस्थांवर विपरित परिणाम होत आहेत.
पहा : बॉश (बोश), कार्ल; हाबर, फ्रिट्स.
संदर्भ :
