Processo Birkeland-Eyde

Il processo Birkeland-Eyde è stato un processo industriale utilizzato all'inizio del XX secolo per produrre fertilizzanti azotati. Fu sviluppato nel 1903 da Kristian Birkeland, scienziato e industriale norvegese, assieme al suo socio Samuel Eyde, basandosi su un metodo descritto da Henry Cavendish nel 1784.^[1] Fu uno dei primi processi chimici per effettuare la fissazione dell'azoto; in particolare il processo Birkeland-Eyde utilizzava un arco elettrico per trasformare l'azoto atmosferico (N₂) in acido nitrico (HNO₃).

Il processo Birkeland-Eyde fu utilizzato in impianti costruiti a Rjukan e Notodden in Norvegia, sfruttando la vicinanza di un grande impianto idroelettrico.^[2] Il processo utilizzava un'enorme quantità di energia elettrica risultando quindi poco efficiente in termini di consumo elettrico. Di conseguenza, negli anni 1910-1920 fu gradualmente sostituito accoppiando il processo Haber-Bosch (fissazione dell'azoto tramite sintesi dell'ammoniaca) e il processo Ostwald (conversione dell'ammoniaca in acido nitrico).^[3]

Il processo

Tra due elettrodi coassiali veniva formato un arco elettrico, che era diffuso su un disco sottile tramite un forte campo magnetico. La temperatura del plasma sul disco superava i 3000 °C. Soffiando aria attraverso l'arco, una parte dell'azoto reagiva con l'ossigeno formando monossido di azoto (NO). Controllando con attenzione l'energia dell'arco e la velocità di flusso dell'aria si poteva ottenere una resa di NO fino al 4%. Il processo utilizzava un'enorme quantità di energia, che veniva prelevata dalla vicina centrale idroelettrica. Erano necessari circa 15 MWh per ogni tonnellata di acido nitrico. In natura i fulmini provocano la stessa reazione a partire da ossigeno e azoto presenti nell'atmosfera, dando luogo alla formazione di nitrati solubili.^[4]

N₂ + O₂ → 2NO

Il monossido di azoto surriscaldato veniva raffreddato e combinato con ossigeno atmosferico per formare diossido di azoto:

2NO + O₂ → 2NO₂

Il diossido di azoto era quindi disciolto in acqua per formare acido nitrico, che veniva purificato per distillazione frazionata:^[5]

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

Note

^ Ihde 1984, p. 678.
^ Leigh 2004, pp. 134-139.
^ Williams 1982, pp. 134-135.
^ Fisher e Newton 2002, pp. 2-3.
^ Erwin 2002, p. 613.

Bibliografia

(EN) D. Erwin, Industrial Chemical Process Design, McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-137621-6.
(EN) K. Fisher e W. E. Newton, Nitrogen fixation at the millennium, a cura di G. J. Leigh, Elsevier, 2002, ISBN 0-444-50965-8.
(EN) A. J. Ihde, The Development of Modern Chemistry, Dover, 1984, ISBN 978-0-486-64235-2.
(EN) G. J. Leigh, The world's greatest fix: a history of nitrogen and agriculture, Oxford University Press, 2004, ISBN 0-19-516582-9.
(EN) T. I. Williams, A Short History of Twentieth-Century Technology, c. 1900 - c. 1950, Oxford University Press, 1982, ISBN 0-19-858159-9.