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हेबर-बॉश प्रक्रिया का अवलोकन

हेबर-बॉश प्रक्रिया का अवलोकन

हेबर-बॉश प्रक्रिया एक ऐसी प्रक्रिया है जो अमोनिया का उत्पादन करने के लिए हाइड्रोजन के साथ नाइट्रोजन को ठीक करती है - पौधे उर्वरकों के निर्माण में एक महत्वपूर्ण हिस्सा। फ्रिट्ज़ हैबर द्वारा 1900 की शुरुआत में इस प्रक्रिया को विकसित किया गया था और बाद में कार्ल बॉश द्वारा उर्वरक बनाने के लिए एक औद्योगिक प्रक्रिया बनने के लिए संशोधित किया गया था। हैबर-बॉश प्रक्रिया को कई वैज्ञानिकों और विद्वानों ने 20 वीं शताब्दी के सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी विकास में से एक माना है।

हेबर-बॉश प्रक्रिया बेहद महत्वपूर्ण है क्योंकि यह विकसित की गई प्रक्रियाओं में से पहली थी, जो अमोनिया के उत्पादन के कारण लोगों को संयंत्र उर्वरकों का उत्पादन करने की अनुमति देती थी। यह रासायनिक प्रतिक्रिया (राय-डुप्री, 2011) बनाने के लिए उच्च दबाव का उपयोग करने के लिए विकसित पहली औद्योगिक प्रक्रियाओं में से एक भी थी। इससे किसानों को अधिक भोजन उगाना संभव हो गया, जिससे कृषि के लिए बड़ी आबादी का समर्थन करना संभव हो गया। कई लोग हैबर-बॉश प्रक्रिया को पृथ्वी की वर्तमान जनसंख्या विस्फोट के लिए जिम्मेदार मानते हैं क्योंकि "आज के मनुष्यों में प्रोटीन का लगभग आधा हिस्सा हैबर-बॉश प्रक्रिया के माध्यम से तय नाइट्रोजन के साथ उत्पन्न हुआ" (राय-डुप्री, 2011)।

हैबर-बॉश प्रक्रिया का इतिहास और विकास

औद्योगीकरण की अवधि तक मानव जनसंख्या काफी बढ़ गई थी, और इसके परिणामस्वरूप, रूस, अमेरिका और ऑस्ट्रेलिया (मॉरिसन, 2001) जैसे नए क्षेत्रों में अनाज उत्पादन और कृषि को बढ़ाने की आवश्यकता थी। इन और अन्य क्षेत्रों में फसलों को अधिक उत्पादक बनाने के लिए, किसानों ने मिट्टी में नाइट्रोजन को जोड़ने के तरीकों की तलाश शुरू की, और खाद और बाद में गुआनो और जीवाश्म नाइट्रेट का उपयोग हुआ।

1800 के अंत में और 1900 की शुरुआत में, वैज्ञानिकों, मुख्य रूप से रसायनज्ञों ने नाइट्रोजन को कृत्रिम रूप से ठीक करके उर्वरकों को विकसित करने के तरीकों की तलाश शुरू की, जिस तरह से फलियां अपनी जड़ों में करती हैं। 2 जुलाई, 1909 को, फ्रिट्ज़ हैबर ने हाइड्रोजन और नाइट्रोजन गैसों से तरल अमोनिया का निरंतर प्रवाह पैदा किया जो एक ऑस्मियम धातु उत्प्रेरक (मॉरिसन, 2001) पर एक गर्म, दबाव वाली लोहे की ट्यूब में खिलाया गया था। यह पहली बार था जब कोई इस तरह से अमोनिया विकसित करने में सक्षम था।

बाद में, एक मेटलर्जिस्ट और इंजीनियर कार्ल बॉश ने अमोनिया संश्लेषण की इस प्रक्रिया को सही करने के लिए काम किया ताकि इसका उपयोग विश्वव्यापी पैमाने पर किया जा सके। 1912 में जर्मनी के ओपाउ में एक व्यावसायिक उत्पादन क्षमता वाले संयंत्र का निर्माण शुरू हुआ। संयंत्र पांच घंटे में एक टन तरल अमोनिया का उत्पादन करने में सक्षम था और 1914 तक संयंत्र प्रति दिन 20 टन प्रयोग करने योग्य नाइट्रोजन का उत्पादन कर रहा था (मॉरिसन, 2001)।

प्रथम विश्व युद्ध की शुरुआत के साथ, संयंत्र में उर्वरकों के लिए नाइट्रोजन का उत्पादन बंद हो गया और विनिर्माण युद्धग्रस्त युद्ध के लिए विस्फोटकों में बदल गया। युद्ध के प्रयास का समर्थन करने के लिए बाद में सैक्सोनी, जर्मनी में एक दूसरा संयंत्र खोला गया। युद्ध के अंत में दोनों पौधे उर्वरक का उत्पादन करने के लिए वापस चले गए।

कैसे हैबर-बॉश प्रोसेस काम करता है

यह प्रक्रिया आज बहुत हद तक काम करती है जैसे मूल रूप से एक रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए अत्यधिक उच्च दबाव का उपयोग करके किया जाता है। यह अमोनिया (आरेख) का उत्पादन करने के लिए प्राकृतिक गैस से हाइड्रोजन के साथ हवा से नाइट्रोजन को ठीक करके काम करता है। प्रक्रिया को उच्च दबाव का उपयोग करना चाहिए क्योंकि नाइट्रोजन अणु मजबूत ट्रिपल बांड के साथ एक साथ आयोजित किए जाते हैं। हैबर-बॉश प्रक्रिया में 800 एफ (426 सी) के अंदर के तापमान के साथ लोहे या रूथेनियम से बने उत्प्रेरक या कंटेनर का उपयोग किया जाता है और नाइट्रोजन और हाइड्रोजन को एक साथ बल देने के लिए लगभग 200 वायुमंडल का दबाव होता है (राय-डुप्री, 2011)। तत्व तब उत्प्रेरक से बाहर निकलते हैं और औद्योगिक रिएक्टरों में होते हैं जहां तत्व अंततः द्रव अमोनिया (राय-डुप्री, 2011) में परिवर्तित हो जाते हैं। फिर तरल अमोनिया का उपयोग उर्वरकों को बनाने के लिए किया जाता है।

आज, रासायनिक उर्वरक वैश्विक कृषि में डाले गए नाइट्रोजन के लगभग आधे हिस्से में योगदान करते हैं, और विकसित देशों में यह संख्या अधिक है।

जनसंख्या वृद्धि और हैबर-बॉश प्रक्रिया

आज, इन उर्वरकों की सबसे अधिक मांग वाले स्थान भी ऐसे स्थान हैं जहां दुनिया की आबादी सबसे तेजी से बढ़ रही है। कुछ अध्ययनों से पता चलता है कि "2000 से 2009 के बीच नाइट्रोजन उर्वरकों की खपत में वैश्विक वृद्धि का 80 प्रतिशत भारत और चीन से आया" (मिंगल, 2013)।

दुनिया के सबसे बड़े देशों में विकास के बावजूद, वैश्विक स्तर पर बड़ी जनसंख्या वृद्धि हैबर-बॉश प्रक्रिया के विकास के बाद से पता चलता है कि वैश्विक आबादी में बदलाव के लिए यह कितना महत्वपूर्ण है।

अन्य प्रभाव और हेबर-बॉश प्रक्रिया का भविष्य

नाइट्रोजन स्थिरीकरण की वर्तमान प्रक्रिया भी पूरी तरह से कुशल नहीं है, और एक बड़ी राशि खो जाने के बाद इसे अपवाह के कारण खेतों में लागू किया जाता है जब बारिश होती है और एक प्राकृतिक गैसिंग बंद हो जाती है क्योंकि यह खेतों में बैठती है। नाइट्रोजन के आणविक बंधनों को तोड़ने के लिए आवश्यक उच्च तापमान दबाव के कारण इसका निर्माण भी अत्यंत ऊर्जा-प्रधान है। वैज्ञानिक वर्तमान में प्रक्रिया को पूरा करने के लिए और अधिक कुशल तरीके विकसित करने और अधिक पर्यावरण के अनुकूल तरीके बनाने के लिए दुनिया की कृषि और बढ़ती आबादी का समर्थन करने के लिए काम कर रहे हैं।