1900-luvun tärkein keksintö? Maailman tärkein keksintö. Typpilannoitetehdas. Maailman tärkein keksintö on. Suomessa GrowHow.



Samankaltaiset tiedostot
1900-LUVUN TÄRKEIN KEKSINTÖ

kun hiilimonoksidia ja vettä oli 0,0200 M kumpaakin ja hiilidioksidia ja vetyä 0,0040 M kumpaakin?

Tuntisuunnitelma. Le Châtelier:n periaate Tasapainoon vaikuttavat tekijät: lämpötila, paine, konsentraatio

2. Prosessikaavioiden yksityiskohtainen tarkastelu

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Esimerkiksi ammoniakin valmistus typestä ja vedystä on tyypillinen teollinen tasapainoreaktio.

Luku 2. Kemiallisen reaktion tasapaino

Guanon ja calichen aika

Energia ja kemianteollisuus Osa 2: Maailman energiavarat, tuotanto ja käyttö Kemianteolliosuuden prosessit kurssi

Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I

Kemia. Kemia Tutkii luontoa, sen rakenteita. Tutkii ainetta, sen koostumusta. sekä reaktioita. Eli kuinka aine muuttuu toiseksi aineeksi.

Tuotantopanosten valmistus ja käyttö osana ympäristövastuuta. Viestintäpäällikkö Seija Luomanperä, Yara Suomi Oy

NPHARVEST TYPEN TALTEENOTTO REJEKTIVEDESTÄ UUSI ENERGIATEHOKAS TEKNOLOGIA Vesihuoltopäivät 2018

RAVITA TM. Fosforin ja Typen talteenottoa jätevesistä

Miksi palkokasveja kannattaa viljellä palkokasvien monet hyödyt

Luomuviljelyn keinot ravinnekierrätyksessä Mikko Rahtola Hankekoordinaattori Luonnonvarakeskus (Luke)

Hakukohde: Elintarviketieteet

Ympäristöteema 2010: Maatilojen biokaasun mahdollisuudet hyödyt ympäristölle ja taloudelle

Biopolttoaineiden ympäristövaikutuksista. Kaisa Manninen, Suomen ympäristökeskus Uusiutuvan energian ajankohtaispäivät

Liikenteen biopolttoaineiden ympäristövaikutukset. Ilmastonmuutos

Typenja fosforintalteenotto

Maapallon kehitystrendejä (1972=100)

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

Energian säästöä ja ilmastonmuutoksen hillintää. OMAVARA -hankkeen loppuseminaari Hannu Känkänen

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

Aluskasvit ja palkokasvien mahdollisuudet typenhallinnassa

Kemia. Fritz Haber. Carl Bosch. 7. Esimerkkejä: Haber-Bosch ja ammoniakin valmistus Tutkii luontoa, sen rakenteita

Päästöt kasvavat voimakkaasti. Keskilämpötilan nousu rajoitetaan 1,5 asteeseen. Toteutunut kehitys

Biomassasta energiaa

Energia ja luonnonvarat: tulevaisuuden gigatrendit. Johtaja Tellervo Kylä-Harakka-Ruonala, EK

Sadonkorjuujuhlat. Muutoksessa. Vilja-asiamies Max Schulman, MTK

Kemia. Tutkii luontoa, sen rakenteita. Tutkii ainetta, sen koostumusta ja ominaisuuksia sekä reaktioita. Eli kuinka aine muuttuu toiseksi aineeksi.

Energia tulevaisuudessa Epävarmuutta ja mahdollisuuksia. Jyrki Luukkanen Tutkimusprofessori

BJ90A1000 Luonnonvarat ja niiden prosessointi kemianja energiateollisuudessa 3 op

Biologinen typensidonta

Maailman hiilidioksidipäästöt fossiilisista polttoaineista ja ennuste vuoteen 2020 (miljardia tonnia hiiltä)

Ravinteiden talteenotto mädättämöiden rejektivedestä Markkinapotentiaali Suomessa

Reaktiotekniikka. Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta Teema 4 Kaisa Lamminpää

Infrastruktuuritarpeet energia-alalla Riitta Kyrki-Rajamäki Lappeenrannan teknillinen yliopisto

JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

Kemira GrowHow. Kemira. Kemira GrowHow. Siilinjärvi. Kaivos. Esittely VMY/kaivosjaoston seminaarissa /Lauri Siirama

Mädätteen: Lannoitusmäärän vaikutus satotasoon Levitysmenetelmän vaikutus satotasoon Lannoitusvaikutus verrattuna naudan lietelantaan Niittonurmen

Mikä ihmeen lantakoordinaattori? Maatalouden ravinteet hyötykäyttöön Hankekoordinaattori Tarja Haaranen

AMMONIAKIN TUOTANTO. LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO Kemiantekniikan osasto Teknillisen kemian laboratorio Ke Kemianteollisuuden prosessit

Liikenteen polttoaineet - Riittääkö pelloilta tankin täytteeksi?

Suorakylvöseminaari 2018

Luomuviljelyn peruskurssi. LUTUNE Luomututkimuksen ja neuvonnan yhteishanke

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

Lannoitemarkkinat keväällä 2015 VYR viljelijäseminaari. Hämeenlinna 27. tammikuuta 2015 Yara Suomi/Tero Hemmilä

KE Johdatus prosesseihin, 2 op. Aloitusluento, kurssin esittely

Entsyymit ja niiden tuotanto. Niklas von Weymarn, VTT Erikoistutkija ja tiiminvetäjä

Tulevaisuuden energiaratkaisut? Jyrki Luukkanen/Jarmo Vehmas

YMPÄRISTÖTOHTORIKOULU JA VIHREÄ KEMIA

Tulevaisuuden maatilat. Hanna Mattila, Heureka

Ravinnehuollon perusteet luomussa, Osa 1. Jukka Rajala Erikoissuunnittelija Helsingin yliopisto, Ruralia-instituutti 2012

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

c) Mitkä alkuaineet ovat tärkeitä ravinteita kasveille?

KeHa-hanke LCA-laskennan alustavat tulokset/

Ympäristötukiehtojen mukainen lannoitus vuonna 2009

Tuotteet / Product Group

Hiilineutraali maatalous vai maaseutu? Kari Tiilikkala Maatalousmuseo Sarka, Loimaa Lounais-Hämeen agronomit ry:n kesäretki

Maailman hiilidioksidipäästöt fossiilisista polttoaineista ja ennuste vuoteen 2020 (miljardia tonnia) Yhteensä Teollisuusmaat Kehitysmaat Muut

Outotec kehittää ja toimittaa kestäviä teknologiaratkaisuja. Mineraali- ja metalliteollisuus Energiateollisuus

Loppulama mitä se on? Tere Vadén Professori (ma.), taidekasvatus (sic!)

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

ITÄMERI, ILMASTO JA LIHANTUOTANTO. Ilkka Herlin Hallituksen puheenjohtaja, perustajajäsen BSAG- sää9ö, Soilfood Oy

Maaperä ravinnon laadun ja riittävyyden kulmakivenä

Ekosysteemiekologia tutkii aineen ja energian liikettä ekosysteemeissä. Häiriö näissä liikkeissä (jotakin on jossakin liikaa tai liian vähän)

Vieläkö sitä säilörehua tutkitaan?

Sota, valtio ja kansainvälinen oikeus uudella ajalla

Biokaasun tuotanto on nyt. KANNATTAVAMPAA KUIN KOSKAAN Tero Kemppi, Svetlana Smagina

BJ90A1000 Luonnonvarat ja niiden prosessointi kemianja energiateollisuudessa 3 op

Ilmastopolitiikka ja maatalous uhka vai mahdollisuus?

Bioenergian kestävä tuotanto ja käyttö maailmanlaajuisesti - Muu biomassa ja globaali potentiaali Sokos Hotel Vantaa Martti Flyktman

Energia- ja ilmastopolitiikan infografiikkaa. Elinkeinoelämän keskusliitto

Kierrätyslannoitteilla irti ostoravinteista ja samalla tila energiaomavaraiseksi

KUIVAKÄYMÄLÄT KÄYTTÖÖN

Millaisia ilmastonmuutokseen varautumisen esteitä ja edistäjiä suomalaisessa maanviljelyssä kohdataan?

Väestön kehitys maapallolla, EU-15-maissa ja EU:n uusissa jäsenmaissa (1950=100)

Kasvinviljelyn tulevaisuus seudulla

Ympäristötuet ja niiden toimeenpano - lannoitus vuonna Ympäristötukien mahdollisuudet, Tampere

Metsäteollisuuden sivutuotteita nonfood-tuotannon maanparannukseen

Vapon kuiviketurpeet. Edistää tuotantoeläinten hyvinvointia.

Pellon hiilivarannon kasvattaminen. Laura Höijer, Sisältöjohtaja, BSAG

Biokaasulaskuri.fi. Markku Riihimäki Erika Winquist, Luonnonvarakeskus

b 1. b m ) + ( 2b Ax) + (b b)

ROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1)

BIOTALOUDEN MAHDOLLISUUKSIA. Saara Kankaanrinta

Kymen Bioenergia Oy NATURAL100

Prof Magnus Gustafsson PBI Research Institute

Energiantuotanto ja ravinnekierto maatilalla Case Palopuron agroekologinen symbioosi

Talouden ja tiekuljetusten yhteys ennen, nyt ja tulevaisuudessa

Biokaasulaitosten lannoitevalmisteet lannoitteena. Tapio Salo, MTT Baltic Compass Hyötylanta Biovirta

Ohjeita opetukseen ja odotettavissa olevat tulokset

Palkokasvit voisivat korvata puolet väkilannoitetypestä. Maatalouden trendit, Mustiala Hannu Känkänen

HIILIVOIMA JA HAPPAMAT SATEET

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Ravinnetase ja ravinteiden kierto

Miten Ukrainan tilanne heijastuu Suomen talouteen?

Kuvioita Suomen ulkomaankaupasta Tilastointi

Transkriptio:

1900-luvun tärkein keksintö? Maailman tärkein keksintö Kimmo Klemola Kemiallinen reaktiotekniikka -kurssi Lappeenrannan teknillinen yliopisto 04.09.2007 Tyypillisiä vastauksia: avaruusalukset tietokone televisio lentokone auto internet matkapuhelin ydinvoima Maailman tärkein keksintö on Typpilannoitetehdas Ammoniakkisynteesi (03.07.1909) N2( g) + 3 H2( g) 2 NH3( g) H = 92,4 kj/ mol Suomessa GrowHow Uusikaupunki Ammoniakkitehdas Suomessa ei ammoniakkituotantoa Siilinjärvi 1

NH 3 : Haber Bosch-prosessi Biosfäärin typpikierto Elämän alku Otollinen sijainti aurinkokunnassa, sopiva kiertorata, maan pyöriminen, ilmakehä, vesi jne. Tulivuorenpurkauksista hiili. Salamoista elämän rakennuspalikoiden raaka-aine typpi oikeassa muodossa. Luonnollinen ilman typen sitominen Tietyt kasvit, erityisesti palkokasvit, pystyvät juurinystyröidensä bakteerien avulla sitomaan ilman typpeä kasveille käyttökelpoiseen muotoon. Vuoroviljelyllä pystytään parantamaan satoja. Maatalouden kierrätys Karjanlanta Viljelystähteet Virtsa ja ulosteet Etelä-Amerikan guano 1800-luvun puolivälistä alkaen Pohjois- Amerikkaan ja Eurooppaan rahdattiin guanoa. Nitraattipitoista guanoa oli kerrostunut lintujen ulosteista varsinkin Perun sateettomille saarille. Guanovarat ehtyivät nopeasti. Viimeiset guanot louhittiin 1940-luvulla. 2

Guano Guanon louhintaa Perussa 1800-luvulla. Natriumnitraatti NaNO 3 Chilen salpietari Tuotantoa 1830-luvulta lähtien. Lannoitteeksi ja ruudiksi. Tuotannon maksimi vuonna 1929 510 kt N. Vuonna 2000 tuotanto 120 kt N. Haber Boschammoniakin tuotanto vuonna 2000 oli yli 100 000 kt N. Muita maatalouden typen lähteitä Koksaamokaasun sivutuote Syanamidisynteesi Typen hapetus sähköisesti (valokaari) Luontainen ja ihmisen aiheuttama ilmakehän typpi Ammoniakkipohjainen lannoitetuotanto Nykyään ammoniakki on käytännössä ainoa lannoitteiden typpilähde. Haber Boschprosessi on käytännössä ainoa käytössä oleva ammoniakin tuotantoprosessi. Lannoitteidenkäytön jakaantuminen teollisuus- ja kehitysmaiden välillä Typpi ja Kiinan maatalous 3

Typpilannoitteiden typpilähteet Teollisten typpilannoitteiden ympäristöongelmat Rehevöityminen ja puhtaiden vesivarojen pilaantuminen Kasvihuonekaasupäästöt Otsonikerroksen tuhoutuminen Ruoantuotanto ja väestöräjähdys Typpilannoitteet ja väestöräjähdys Väestöräjähdys viimeiset 10 000 vuotta Maailman väkiluku 0 2200 4

Viljelysmaan elättämä ihmismäärä, ihmistä/ha Haber Bosch-synteesi elättää kehitysmaiden ihmisiä Fritz Haber ja Albert Einstein Fritz Haber opiskelijana noin 1890 1915 Fritz Haber 1868 1934 Saksalainen kemisti. Vuoden 1918 Nobelin kemianpalkinto Carl Bosch 1874 1940 Saksalainen kemisti ja koneinsinööri. Vuoden 1931 Nobelin kemianpalkinto 5

Antoine Laurent Lavoisier 1743 1794 Ranskalainen kemisti. Vuosisatansa merkittävin kemisti. Tutki palamista, ilmaa ja typpeä. Typpi oli kuollutta ilmaa Jean Baptiste Boussingault 1802 1887 Ranskalainen kemisti. Ymmärsi typpilannoitteiden merkityksen maanviljelylle. Justus von Liebig 1803 1873 Saksalainen kemisti. Orgaanisen kemian pioneeri. Maanviljelytutkimuksissa Liebig tunnetaan minimilaistaan: Jonkin aineen määrä maaperässä rajoittaa kasvua. John Bennet Lawes 1814 1900 Englantilainen viljelijä ja maataloustieteilijä. Aloitti maillaan vuonna 1843 viljavuustutkimukset lannoittamattomilla ja lannoitetuilla pelloilla. Tutkimukset jatkuvat edelleen. William Crookes 1832 1919 Englantilainen kemisti ja fyysikko Kuuluisassa esitelmässään vuonna 1898 totesi, että ihmiskunnan tulevaisuus riippuu siitä saadaanko ilmakehän typpi valjastettua lannoitteeksi. Ennusti tuolloin, että typpi saadaan valjastettua jo lähitulevaisuudessa. Henry Louis Le Chatelier 1850 1936 Ranskalainen kemisti. 6

Le Chatelierin periaate Mikäli tasapainossa olevan systeemin olosuhteita ulkoisesti muutetaan, tasapainoasema siirtyy suuntaan, joka pyrkii kumoamaan muutoksen. Wilhelm Ostwald 1853 1932 Saksalainen kemisti. Kemian Nobel 1909. Typpihappoprosessin isä (pat. 1902) Jätti ammoniakin valmistusta koskevan patenttihakemuksen vuonna 1900, mutta veti sen takaisin Carl Boschin havaittua koejärjestelyissä virheen. Patentti oli hyvin samankaltainen Fritz Haberin myöhemmän patentin kanssa. N 2 + 3 H 2 2 NH 3 H = 92 kj/mol Walther Nernst 1864 1941 Saksalainen kemisti. Kemian Nobel 1920. Loi termodynamiikan teoriaa ja teki laboratoriossa ammoniakkisynteesejä. Oli riidoissa Haberin kanssa. Fritz Haber 1868 1934 Saksalainen kemisti. Vuoden 1918 Nobelin kemianpalkinto 3.7.1909 Fritz Haberin onnistui syntetisoida ammoniakkia merkittävällä saannolla typestä ja vedystä. Kaiser Wilhelm Institute Koelaitteisto Robert Le Rossignol rakensi painereaktorin (200 atm) ammoniakkisynteesiä varten. Kokeissa käytettiin osmium- ja rautakatalyyttejä. 7

Alwin Mittasch 1869 1953 Mittaschin koereaktori Saksalainen kemisti. Johti BASFissa (Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG) Haberin läpimurron jälkeen katalyyttitutkimusta. Carl Bosch 1874 1940 Saksalainen kemisti ja koneinsinööri. Vuoden 1931 Nobelin kemianpalkinto Työskenteli vuodesta 1899 BASFilla, alusta saakka ammoniakkisynteesin parissa. Teollisti Haberin keksinnön. Lukuisia koereaktoreita ja pilotteja. Ensimmäinen ammoniakkitehdas käynnistyi Oppaussa Saksassa 1913. Bosch kehitti myös typpihapon teollista prosessia (ammoniakin hapetus). Carl Krauch 1887 1968 Saksalainen kemisti. I.G. Farbenin johtaja. Puhtaan typen ja vedyn tuottaminen ammoniakkiprosessin raaka-aineeksi oli välttämätöntä. Pullonkaulana oli ultrapuhtaan vedyn tuottaminen kivihiilestä. Krauch ratkaisi puhtaan vedyn tuottamisen ongelman. Haberin käyttämä osmiumkatalyytti ei sopinut laajamittaiseen ammoniakkituotantoon. Mittasch organisoi systemaattisen katalyyttitutkimuksen, jossa 30 minireaktorilla tutkittiin muutamassa kuukaudessa noin 2500 katalyyttiä. Parhaaksi katalyytiksi osoittautui Jällivaaran magnetiitti (Fe3O4). Nykyisetkin ammoniakkisynteesin katalyytit ovat pitkälti rautaoksidipohjaisia. Haber Bosch-prosessi Aikansa teollinen taidonnäyte. Jatkuvatoiminen prosessi. 1800-luvun lopun ja 1900-luvun alun teollistumisen merkittävimpiä asioita oli prosessija kemianteollisuuden siirtyminen panosprosesseista jatkuvatoimisiin prosesseihin. Bosch vaati, että kaikki mitä voidaan mitata, mitataan. Jo ensimmäinen Haber Bosch-prosessi oli instrumentoinnin ja säätötekniikan pioneeri. Fritz Haber sotarikollinen Saksan armeijan kapteeni. Isänmaallinen. Fritz Haberia pidetään kemiallisen aseen isänä. Hän organisoi ja henkilökohtaisesti valvoi historian ensimmäisen kaasuhyökkäyksen Ypres ssä Ranskassa 22.04.1915, vaikka Saksan sodanjohto oli kaasuasetta vastaan. Vastalauseena Haberin vaimo Clara ampui itsensä viikkoa myöhemmin. Haberia pidettiin sodan jälkeen sotarikollisena ja hänen Nobelpalkintoaan protestoitiin. 8

Oppau ensimmäinen ammoniakkitehdas Oppau ammoniumnitraattiräjähdys 21.09.1921 Oppau ammoniumnitraattiräjähdys 21.09.1921 Haberin ammoniakkisynteesi mahdollisti modernin sodankäynnin tuhovoiman. Texas City disaster ammoniumnitraattiräjähdys 16.04.1947 Oklahoma bombing 19.04.1995 9

Toulouse ammoniumnitraattiräjähdys 21.09.2001 Maakaasusta ammoniakkia 1920-luvulla saksalainen tohtori Georg Schiller kehitti maakaasun höyryreformointiprosessin. Maakaasu on nykyään tärkein ammoniakin raaka-aine. Haber ja Kiina Väkirikkaimpien maiden, kuten Kiinan ja Intian, joissa asukastiheys on korkea, asukkaista suuri(n) osa saa kiittää olemassaolostaan Haberin keksintöä. Enriching the Earth: Fritz Haber, Carl Bosch, and the Transformation of World Food Production Vaclav Smil MIT Press 2001 10