하버법 ( 英語 : Haber process ) 또는 하버-보슈法 ( 英語 : Haber-Bosch process )은 現代 産業 現場에서 主要하게 使用되는 암모니아 合成 公法이다. ^{[1] [2]} 工法을 發明한 프리츠 하버 와 카를 보슈 의 이름을 따 지었다. 肥料 製作에 使用되어 現代 人類 扶養에 至大한 貢獻을 하고 있다.

背景 [ 編輯 ]

人類의 宿願事業 [ 編輯 ]

産業革命 以前의 農耕中心社會의 主 關心은 農業生産力 增大에 있었다. 衣食住 中에 食糧은 가장 切實한 問題로 充分한 食糧資源 確保는 人類의 오랜 宿願事業이었다. ^[3] 農耕技術 發展을 통해 增産이 이루어지기는 했으나 技術發展은 더디었고 荒蕪地 開墾 等으로는 甑山의 限界가 있었다. ^[4] 結局 穀物 生産量은 人口增加에 미치지 못하여 人類는 恒常 굶주림의 苦痛속에 살아왔으며, 戰爭과 凶年에는 飢饉으로 인해 餓死者가 發生하였다. 이런 問題는 1492年 콜럼버스 의 新大陸 探險以後 아메리카 大陸 에서 넘어온 옥수수 와 감자 等의 救荒作物 을 통해 어느程度 解決이 되는 듯했다. ^{[5] [6] [7]} 그러나 18世紀들어 徐徐히 人口가 增加하자, 急激한 人口增加는 食糧不足으로 인해 災殃을 招來할 수 있다는 맬서스 의 警告가 1798年에 發表되기도 했다. ^{[8] [9]}

急激한 人口 增加 [ 編輯 ]

감자의 身分上昇 [ 編輯 ]

콜럼버스 時代의 探險家들에 依해 유럽에 傳來된 옥수수 等의 作物들은 人氣가 있었다. 그러나 스페인의 잉카 征服者들에 依해 16世紀 中後半에 감자 가 紹介되자 유럽人들은 큰 拒否感을 보였다. ^[10] 유럽人들은 감자의 생김새가 奇異했고 繁殖과 栽培方式이 상서롭지 못하다고 여겼다. 癩病 을 誘發한다는 所聞까지 퍼지며 觀賞用이나 家畜飼料에 使用할뿐 먹지 않았다. ^[11] 이런 감자 는 英國의 穀物供出 政策 ^[12] 等으로 인해 17世紀 初盤부터 아일랜드 人의 主食이 되었고 ^{[13] [14]} 아일랜드 人口는 暴發的으로 增加했다. ^{[15] [16]} 아일랜드를 除外한 유럽人들이 감자 를 本格的으로 먹기 始作한 것은 18世紀 後半이었다. ^[14] 7年戰爭 을 치루며 감자의 價値를 알게 된 프리드리히 大王 과 프랑스의 農耕學者 파르망티에 의 努力 德分이었다. ^{[17] [18] [19]} 감자 는 戰亂의 被害가 적고 가뭄에도 剛했기에 救荒食品 으로 漸次 貴한 待接을 받기 始作했고, 18世紀부터 食品으로 자리잡자 유럽의 人口는 큰폭으로 增加했다. ^[20]

醫學의 발달   [ 編輯 ]

窒素肥料의 重要性 [ 編輯 ]

獨逸의 地理學者 훔볼트 가 南美 探險을 마치고 1804年에 유럽으로 돌아온후, 페루의 구아노 (guano)를 輸入하여 肥料로 使用하면 農作物 生産量을 크게 增大시킬수 있다고 主張했으나 아무도 關心을 가지지 않았다. ^[21] 그러나 1841年에 '農藝化學의 아버지'라 評價되는 化學者 리비히 가 '植物의 武器 營養론'을 發表하자 狀況이 달라졌다. ^{[22] [23]} 그는 植物이 空氣로부터 얻는 二酸化炭素와 뿌리로부터 얻는 窒素 化合物과 미네랄을 가지고 成長한다는 事實을 알아냈다. ^{[24] [25]} 또한 肥料의 必須 成分이자 가장 重要한 成分이 窒素라는 것을 밝혔다.

一般的인 畜産分料로 만들어진 堆肥보다 구아노 속의 窒素와 人의 含量은 越等히 높았다. ^[26] 乾燥한 海岸地方에서 바다새의 排泄物이 오랜歲月 凝固, 堆積되며 많은 窒素가 濃縮되어 있기 때문이다. ^[27] 리비히의 發表以後 유럽人들은 구아노를 輸入하기 始作했다. 구아노 속에 있는 窒素는 火藥을 製造하는데도 必要했기 때문에 ^[28] 구아노의 經濟的 價値가 上昇하면서 이를 輸出하게 된 페루의 經濟는 크게 好況을 누렸다.

科學界의 宿題 [ 編輯 ]

18世紀 中盤 8億名이던 ^[29] 世界人口가 19世紀 末에 15億 程度로 크게 增加했지만 農業生産性은 人口增加에 比例하여 向上되지 않았다. ^[30] 積極的으로 植民地를 開拓하여 農耕地를 擴張시켜 나갔으나 限界가 있었다. 맬서스 가 《 人九론 》을 통해 "食糧은 算術級數的으로 增加하는 反面 人口는 幾何級數的으로 膨脹한다"고 主張했는데, 이것이 마치 豫言처럼 實現되어 19世紀 末 人口는 暴發的으로 增加하였고 人類는 ‘食糧不足’이라는 커다란 問題에 逢着했다. 1898年 英國 科學아카데미의 院長인 윌리엄 크룩스 는 1930年代쯤 大規模 飢餓事態가 發生할 것이라고 悲觀的인 展望을 하며 人類救援의 길은 化學肥料 開發에 있다고 强調했다. ^{[31] [32]} 또한 醫學의 發達로 人口가 急激히 增加했고, 産業革命으로 農村人力이 都市로 몰려 食糧生産이 減少했다는 事實도 指目했다. 이런 社會的 雰圍氣 속에 化學肥料 開發은 當時 科學界의 重要한 課題로 떠올랐다.

科學界의 努力 [ 編輯 ]

化學肥料 開發 [ 編輯 ]

암모니아 合成 [ 編輯 ]

反應式 [ 編輯 ]

암모니아는 金屬 觸媒를 통해 다음과 같은 化學反應式 으로 生成된다.

${\displaystyle {\ce {N2 + 3 H2 -> 2 NH3}}\quad ;\Delta H^{\circ }=-91.8~{\text{kJ/mol}}}$

그러나, 이 反應은 大氣中의 窒素 가 매우 安定한 物質이기 때문에 高溫, 高壓의 철 系統의 觸媒 가 있어야 한다. 觸媒를 使用하여 約 200氣壓, 400~500°C에서 反應이 進行, 암모니아를 만든다. 이를 하버법, 或은 하버-보슈法 理라 한다. 하버는 처음에는 철을 使用했으나 좋은 收得率을 얻는데에는 失敗하고, 以後 오스뮴 을 使用해 좋은 成果를 얻는다. 現代에는 철에 基盤한 觸媒를 如前히 使用한다. ^[33]

이렇게 生成된 암모니아는 窒酸 , 黃酸 과 混合하여 질산암모늄 이나 황산암모늄 을 만든다. 이로써 肥料를 만들어 食糧問題를 解決하였는데, 하버와 보슈는 이 業績으로 하버는 1918年, 보슈는 1931年에 노벨化學賞 을 受賞했다.

같이 보기 [ 編輯 ]

• 肥料
• 암모니아
• 칼 보슈
• 구아노

各州 [ 編輯 ]

外部 링크 [ 編輯 ]

參考 文獻 [ 編輯 ]

• [참고](YTN - "炭素 排出 제로" 機械硏, 그린 암모니아 生産 工程 開發) https://www.yna.co.kr/view/AKR20210819052000063
• [참고](ACS Energy Letters - Plasma Catalyst-Integrated System for Ammonia Production from H2O and N2 at Atmospheric Pressure, Iqbal Muzammil, You-Na Kim, Hongjae Kang, Duy Khoe Dinh, Seongil Choi, Chanmi Jung, Young-Hoon Song, Eunseok Kim, Ji Man Kim, and Dae Hoon Lee*,Cite this: ACS Energy Lett. 2021, 6, 8, 3004?3010,Publication Date:August 5, 2021 DOI://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01497 ,
• KIMM, American Chemical Society) https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01497