Inhaltsverzeichnis

A.  Die Notwendigkeit der Ammoniakgewinnung  1-2

B.  Die Entwicklung des Haber-Bosch-Verfahrens zur  

  Ammoniakgewinnung  

I.  Fritz Habers Lebensweg  3-6

II.  Die Ammoniaksynthese  6-7

III.  Exkurs: Katalysatoren  7-9

IV.  Der Weg zum Ziel  9-11

V.  Carl Bosch: Chemiker, Techniker und Industrieller  12-13

VI.  Die Kernprobleme der großindustriellen Umsetzung  14-18

  und ihre Lösung  

VII.  Die Ammoniaksynthese nach dem  18-19

  Haber-Bosch-Verfahren  

C.  Die weitere Entwicklung und Zusammenfassung  19-21

D.  Literaturverzeichnis  22

E  Internetverzeichnis  23

A. Die Notwendigkeit der Ammoniakgewinnung

Die Entwicklung der Dampfmaschine und die daraus folgende Industrialisierung Europas und später der ganzen Welt hatte weitreichende Auswirkungen auf das Bevölkerungswachstum. Die Lebensqualität verbesserte sich und die Weltbevölkerung stieg kontinuierlich an. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts ergab sich das Problem der Lebensmittelversorgung der Bevölkerung. Es mussten Mittel und Wege gefunden werden, mit deren Hilfe aus den vorhandenen landwirtschaftlich genutzten Flächen qualitativ und quantitativ höhere Erträge erzielt werden konnten. Schon zu Beginn des 19.Jahrhunderts war den Gelehrten klar, dass die aus dem Boden entnommenen Nährstoffe, jenem auf einer anderen Weise wieder zugeführt werden mussten. Der Boden wurde mit „Kompost und Exkrementen“ gedüngt, um den erforderlichen Stickstoff zuzuführen. Da dies aber im Laufe der Zeit nicht mehr ausreichte, forschte man auf diesem Gebiet und kam zu der Erkenntnis, dass Ammoniak und der darin gebundene Stickstoff eine Lösung darstellte. Ammoniak fiel seit dem 19.Jahrhundert als Nebenprodukt in Kokereien an, es war aber aufgrund der steigenden Nachfrage notwendig, diese chemische Verbindung industriell aus den Elementen herzustellen. Es begann ein langer Weg der Suche nach geeigneten Mitteln und Methoden zur Ammoniakherstellung.

In dieser Arbeit wird der Weg von der Ammoniaksynthese bis hin zum Haber -Bosch - Verfahren ¹ dargestellt. Der Leser soll einen Einblick in die Herstellung von Ammoniak gewinnen und außerdem soll er mit den Problemen konfrontiert werden, die Fritz Haber und Carl Bosch zu überwinden hatten. Die Arbeit ist in die Teile A, B, C, D und E gegliedert. Der erste Teil soll den Leser zum Thema hinführen und das Ziel sowie die Gliederung der Arbeit verdeutlichen. Im Teil B; der als Kern das Haber - Bosch - Verfahren beinhaltet, wird mit Hilfe der Biographien von Fritz Haber und Carl Bosch dem Leser ein Eindruck über das Leben der beiden Nobelpreisträger und die damit verbundenen Einflüsse auf ihre Arbeit vermittelt. Weiterhin wird die Ammoniaksynthese und deren Voraussetzungen behandelt. Ein Exkurs mit dem Thema „Katalysatoren“

¹ Vgl. Neumüller, Otto - Albrecht: Römpps Chemie - Lexikon H - L. Bd. 3, 8. neubearbeitete und

erweiterte Auflage, Stuttgart 1983, S. 1585 - 1586.

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soll dem Leser einen Überblick über die katalytische Wirkungsweise verschaffen und die Notwendigkeit der Katalysatoren darlegen. Danach wird „Habers Weg zum Ziel“ beschritten, bei dem die erlangten theoretischen und praktischen Erkenntnisse umgesetzt wurden. Bei der großtechnischen Umsetzung der Ammoniaksynthese, mit der Carl Bosch beauftragt wurde, gab es verschiedene Kernprobleme, die angesprochen werden und deren Lösungsweg ein wichtigen Schwerpunkt der Arbeit darstellt. Abgeschlossen wird der Hauptteil mit der Ammoniaksynthese im Überblick nach dem Haber-Bosch-Verfahren. Der Teil C schließt die Arbeit mit einem Ausblick auf die weitere Entwicklung der Ammoniaksynthese und einer Zusammenfassung ab. Die Teile D und E beinhalten das Literaturverzeichnis bzw. das Internetverzeichnis. Als Grundlage für diese Arbeit dienten, wie schon angedeutet, Literatur - und Internetquellen. Das Internet wurde überwiegend zur Beschaffung von allgemeinen Informationen genutzt und um einen Überblick über das Thema zu bekommen. Hauptsächlich basiert die Arbeit aber auf Literatur, da diese detaillierter war und somit einen besseren Einblick in den Sachverhalt ermöglichte. Als wichtigste Literatur sind die Werke von Margit Szöllösi - Janze und Dietrich Stoltzenberg zu nennen, welche sich ausführlich mit dem Leben, Wirken und Schaffen von Fritz Haber beschäftigen. Zur Darstellung der Problematik, mit der sich Carl Bosch beschäftigte, war die Nobelpreisrede von ihm aus dem Jahr 1932 sehr hilfreich und wurde in ihren wesentlichen Aussagen eingearbeitet. Im Hauptteil der Arbeit erkennt man eine Polarisierung zwischen der Arbeit Boschs und Habers. Dies war möglich, da die Arbeiten der beiden Wissenschaftler bei der Entwicklung des

Haber - Bosch - Verfahrens zeitlich hintereinander und getrennt stattfanden.

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B. Die Entwicklung des Haber - Bosch - Verfahrens

zur Ammoniakgewinnung

I. Fritz Habers Lebensweg

Fritz Haber wurde am 9.12.1868 als Sohn einer jüdischen Kaufmannsfamilie in Breslau geboren. Schon kurz nach seiner Geburt, starb am 31.12.1868 seine Mutter an den Spätfolgen der Geburt. Der Tod seiner Mutter sollte das Verhältnis zu seinem Vater trüben, da der den kleinen Fritz für den Tod seiner Frau indirekt verantwortlich machte ² , was später immer wieder zu Spannungen zwischen Fritz Haber und seinem Vater führen sollte.

Fritz Haber verlebte eine recht unbekümmerte Kindheit, da die Familie finanziell gut gestellt war. In seiner Schulzeit fiel er nicht besonders positiv auf ,er war ein durchschnittlicher Schüler, der in naturwissenschaftlichen Fächern größeres Interesse zeigte als in Sprachen ³ . Als 17-jähriger beendete er seine Schulzeit im Jahre 1886 mit dem Abitur. Während seiner Jugendzeit hatte sich Haber den Beruf eines Chemikers ausgesucht und obwohl sein Vater wollte, dass er einen kaufmännischen Beruf erlernt, begann Fritz Haber 1886 ein Chemiestudium in Berlin.

Sein Chemiestudium wurde durch den Militärdienst 1888/89 unterbrochen. Als Einjährig - Freiwilliger mußte er anstatt der üblichen drei Jahre nur ein Jahr dienen. Dies wahr ein Privileg für Personen, die eine bestimmte Bildungsqualifikation hatten und aus dem wohlhabenden Bürgertum stammten. Die Einjährigen mußten sich selbst einkleiden, ausrüsten und versorgen, eine Voraussetzung, die vom Vermögen der Eltern abhängig war. Haber bezeichnete seine Militärzeit als sehr schöne Zeit in seinem Leben und da ihm das Militär gefiel, wollte er Reserveoffizier werden. Er erfüllte alle Voraussetzungen aber aufgrund seiner jüdischen Herkunft war es ihm untersagt, den Dienstgrad eines

² Vgl. Stoltzenberg, Dietrich: Fritz Haber: Chemiker, Nobelpreisträger, Deutscher, Jude.

Weinheim, 1994, S.15.

³ Vgl. Stoltzenberg: Haber, S.16 - 21.

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Offiziers zu tragen ⁴ . Haber schied als Vizewachtmeister mit der Qualifikation zum Reserveoffizier aus dem aktiven Dienst aus und setzte sein Chemiestudium in Heidelberg und Zürich weiter fort. Er promovierte 1891 in Berlin. Im Jahre 1993 konvertierte Fritz Haber zum protestantischen Glauben. Die Gründe für jenen Schritt sind sehr verschieden. Der Übertritt zum protestantischen Glauben fiel nicht zufällig in die Zeit der zweiten antisemitischen Welle im Kaiserreich. Schon in seiner Kindheit und beim Militär mußte Haber aufgrund seiner jüdischen Herkunft leidvolle Erfahrungen machen. Andererseits war der Glaube für ihn nicht von primärer Bedeutung und die Konversion zum Teil auch ein Akt der Verbundenheit zum deutschen Kaiserreich ⁵ . Er wollte in seinem Leben noch viel erreichen und die jüdische Herkunft konnte dies verhindern bzw. einschränken. Der Übertritt konnte seine Herkunft nicht verstecken, er konnte sie aber verschleiern.

Nachdem Fritz Haber sein Chemiestudium erfolgreich beendet hatte, trat er 1894 eine Assistentenstelle an der Technischen Hochschule in Karlsruhe an und arbeitete dort vorerst auf dem Gebiet der Brennstoffchemie. Er verbrachte 17 Jahre an der Universität in Karlsruhe und bezeichnete sie als die 17 besten Arbeitsjahre seines Lebens ⁶ . Man spricht auch von der sogenannten „ Karlsruher Glanzzeit“ ⁷ . 1898 wurde Haber zum außerordentlichen Professor der Technischen Chemie ernannt und veröffentlichte auch einige Lehrbücher, wie zum Beispiel „Grundriß der praktischen Elektrochemie“ oder „ Thermodynamik technischer Gasreaktionen“ ⁸ . Hier wird auch schon deutlich, dass Fritz Haber kein reiner Chemiker war, denn er beschäftigte sich hauptsächlich auf dem Gebiet der physikalischen Chemie.

1901 heiratete er seine Verlobte Clara Immerwahr, welche ebenfalls eine kluge Wissenschaftlerin war.

Seit dem Jahr 1903 beschäftigte sich Haber immer wieder mit dem Problem der Herstellung von Ammoniak. Er konnte sich bei seinen Arbeiten oft auf Ergebnisse von anderen Wissenschaftlern stützen. Das Problem lag nicht darin, dass man nicht wußte wie Ammoniak hergestellt werden sollte, das Problem war die

⁴ Vgl. Szöllösi - Janze, Margit: Fritz Haber 1868 - 1934: Eine Biographie. München, 1998,

S. 45-48.

⁵ Vgl. Szöllösi - Janze: Haber, S. 58 - 64.

⁶ Vgl. ebd., S. 97.

⁷ Vgl. Stoltzenberg: Haber, S. 49 ff.

⁸ Vgl. Haber, Fritz: Thermodynamik technischer Gasreaktionen: Sieben Vorträge. München 1905.

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Umsetzung. Die chemische Industrie zeigte Interesse an den Arbeiten Habers, und so konnte Haber mit finanzieller und materieller Unterstützung eine Möglichkeit zur Stickstoffbindung finden. Die Synthese von Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak war gefunden (1908).

1911 verläßt Fritz Haber Karlsruhe, da er zum Leiter des vorher gegründeten Kaiser - Wilhelm - Instituts berufen wird.

Fritz Haber hatte eine sehr konservative und deutschnationale Einstellung, er war aus tiefstem Herzen Untertan im Kaiserreich und so war es für ihn selbstverständlich, dass er sich zu Beginn des Ersten Weltkrieges als Freiwilliger meldete ⁹ . Er stellte seine Arbeit der Obersten Heeresleitung zur Verfügung. Da man keinen 46 - jährigen Vizefeldwebel der Artillerie benötigte, wurde Haber bis zum Jahresende 1914 als Fachmann in der Sprengstoffindustrie eingesetzt. Zu Beginn des Jahres 1915 beschäftigte sich Haber mit Gaskampfstoffen und deren Einsatz auf dem Gefechtsfeld. Sein Name ist maßgeblich mit der Entwicklung und Anwendung chemischer Kampfstoffe verbunden ¹⁰ . Er organisierte, leitete und führte den ersten deutschen Chlorgasangriff, am 22.4.1915 bei Ypern, erfolgreich durch. Aufgrund dieser „Erfolge“ wurde Haber zum Hauptmann befördert und war nun doch noch Offizier geworden. Mit dieser Beförderung war er das Bindeglied zwischen Militär, Wissenschaft und Industrie und wurde somit der wichtigste Faktor im Gaskrieg. Auch persönliche Niederlagen, wie der Selbstmord seiner Frau ¹¹ , beeinträchtigten ihn nicht an Gaskampfstoffen weiterzuforschen. So entwickelte er u.a. die Gase Phosgen, Blausäure und LOST (Senfgas) mit, die an der Front auch zum Einsatz gebracht wurden. Nach dem Krieg erhielt er 1919 den Nobelpreis in Chemie für die Entwicklung der Ammoniaksynthese.

Auch nach der Niederlage war er weiterhin im Dienste für das Vaterland tätig. Es galt die schwierige Reparationsfrage zu lösen und so forschte Haber an der Gewinnung von Gold aus dem Meerwasser. Aufgrund der schwierigen technischen Umsetzung und der fehlenden wirtschaftlichen Effizienz stellte er seine Forschungen nach fünf Jahren ein. Haber widmete sich auch der Reorganisation der deutschen Wissenschaft und knüpfte sehr viele Kontakte in das ehemals feindliche Ausland.

⁹ Vgl. Szöllösi - Janze: Haber, S. 257.

¹⁰ Vgl. ebd., S. 316 ff.

¹¹ Vgl. Stoltzenberg: Haber, S. 355.

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