The chemical reaction that feeds the world - Daniel D. Dulek

Die chemische Reaktion, die die Welt ernährt – Daniel D. Dulek

Übersetzung: Katharina Bluemlein Lektorat: Nadine Hennig

What would you say

Was würdest du als die wichtigste Entdeckung

is the most important discovery

made in the past few centuries?

der letzten Jahrhunderte bezeichnen?

Is it the computer?

Den Computer? Das Auto? Elektrizität?

The car?

Electricity?

Or maybe the discovery of the atom?

Oder die Entdeckung des Atoms?

I would argue that it is this chemical reaction:

Ich würde sagen, es ist die folgende chemische Reaktion:

a nitrogen gas molecule

Ein gasförmiges Stickstoffmolekül

plus three hydrogen gas molecules

und drei gasförmige Wasserstoffmoleküle

gets you two ammonia gas molecules.

ergeben zwei gasförmige Ammoniakmoleküle.

This is the Haber process

Das ist das Haber-Bosch-Verfahren,

of binding nitrogen molecules in the air

bei dem Stickstoffmoleküle aus der Luft

to hydrogen molecules,

an Wasserstoffmoleküle gebunden werden,

or turning air into fertilizer.

oder anders gesagt: Luft wird in Dünger umgewandelt.

Without this reaction,

Ohne diese Reaktion

farmers would be capable of producing enough food

könnten Bauern nur genug Nahrungsmittel

for only 4 billion people;

für 4 Mrd. Menschen produzieren;

our current population is just over 7 billion people.

wir haben aber derzeit 7 Milliarden Menschen.

So, without the Haber process,

Ohne das Haber-Bosch-Verfahren

over 3 billion people would be without food.

hätten also über 3 Milliarden Menschen nichts zu essen.

You see, nitrogen in the form of nitrate, NO3,

Stickstoff ist als Nitrat, NO3,

is an essential nutrient for plants to survive.

ein lebenswichtiger Nährstoff für Pflanzen.

As crops grow, they consume the nitrogen,

Beim Wachsen verbrauchen Nutzpflanzen Stickstoff aus dem Boden.

removing it from the soil.

The nitrogen can be replenished

Der Stickstoff kann durch langwierige natürliche Vorgänge,

through long, natural fertilization processes

wie das Verrotten von Tieren, wieder aufgefüllt werden.

like decaying animals,

but humans want to grow food

Aber Menschen wollen Nahrungsmittel

much faster than that.

viel schneller anbauen.

Now, here's the frustrating part:

Hier nun der frustrierende Teil:

78% of the air is composed of nitrogen,

78 % der Luft besteht aus Stickstoff,

but crops can't just take nitrogen from the air

aber Feldfrüchte können nicht einfach Stickstoff aus der Luft aufnehmen,

because it contains very strong triple bonds,

da dieser sehr starke Dreifachbindungen besitzt,

which crops cannot break.

die die Feldfrüchte nicht aufbrechen können.

What Haber did basically

Im Grunde fand Haber heraus,

was figure out a way

to take this nitrogen in the air

wie man den Stickstoff aus der Luft in den Boden bringt.

and put it into the ground.

In 1908, the German chemist Fritz Haber

Der deutsche Chemiker Fritz Haber

entwickelte 1908 ein chemisches Verfahren,

developed a chemical method

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

um die enorme Menge Stickstoff in der Luft zu nutzen.

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

Haber fand eine Methode,

die den Stickstoff aus der Luft an Wasserstoff bindet

and bonded it to hydrogen

to form ammonia.

und Ammoniak erzeugt.

Ammonia can then be injected into the soil,

Ammoniak kann dann dem Boden zugeführt werden,

where it is quickly converted into nitrate.

wo es schnell in Nitrat umgewandelt wird.

But if Haber's process was going to be used

Aber wenn Habers Methode die Welt ernähren sollte,

to feed the world,

he would need to find a way

musste er einen Weg finden,

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

schnell und einfach sehr viel Ammoniak herzustellen.

In order to understand

Um Habers Meisterleistung zu verstehen,

how Haber accomplished this feat,

we need to know something

müssen wir etwas über das chemische Gleichgewicht wissen.

about chemical equilibrium.

Chemical equilibrium can be achieved

Ein chemisches Gleichgewicht kann

when you have a reaction in a closed container.

bei einer Reaktion in einem geschlossenen Gefäß erreicht werden.

For example, let's say you put

Wir geben zum Beispiel

hydrogen and nitrogen into a closed container

Wasserstoff und Stickstoff in ein geschlossenes Gefäß

and allow them to react.

und lassen sie miteinander reagieren.

In the beginning of the experiment,

Am Anfang des Experiments

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

haben wir sehr viel Stickstoff und Wasserstoff,

so the formation of ammonia

also bildet sich Ammoniak sehr schnell.

proceeds at a high speed.

Aber während Wasserstoff und Stickstoff reagieren

But as the hydrogen and nitrogen react

and get used up,

und dabei aufgebraucht werden,

the reaction slows down

wird die Reaktion langsamer,

because there is less nitrogen and hydrogen

da immer weniger Stickstoff und Wasserstoff im Gefäß sind.

in the container.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

Irgendwann fangen die Ammoniakmoleküle schließlich an,

where they start to decompose

wieder zurück in Stickstoff und Wasserstoff zu zerfallen.

back into the nitrogen and hydrogen.

After a while, the two reactions,

Nach einer Weile erreichen die beiden Reaktionen

creating and breaking down ammonia,

-- Bildung und Zerfall von Ammoniak --

will reach the same speed.

die gleiche Geschwindigkeit.

When these speeds are equal,

Genau dann sagt man,

we say the reaction has reached equilibrium.

dass die Reaktion ihr Gleichgewicht erreicht hat.

This might sound good, but it's not

Das ist aber nicht so gut,

when what you want

wenn man eine Tonne Ammoniak herstellen möchte.

is to just create a ton of ammonia.

Haber doesn't want the ammonia

Haber wollte natürlich nicht, dass Ammoniak zerfällt.

to break down at all,

but if you simply leave the reaction

Aber wenn die Reaktion in dem geschlossenen Gefäß bleibt,

in a closed container,

that's what will happen.

dann passiert das.

Here's where Henry Le Chatelier,

Hier kann Henry Le Chatelier,

a French chemist,

ein französischer Chemiker, helfen.

can help.

What he found was

Er fand heraus:

that if you take a system in equilibrium

Wenn man einem System im Gleichgewicht

and you add something to it,

etwas hinzufügt, wie zum Beispiel Stickstoff,

like, say, nitrogen,

the system will work

versucht das System, wieder ins Gleichgewicht zu gelangen.

to get back to equilibrium again.

Le Chatelier also found

Le Chatelier fand auch heraus:

that if you increase

Wenn man den Druck auf ein System erhöht,

the amount of pressure on a system,

the system tries to work

dann versucht das System,

to return to the pressure it had.

den ursprünglichen Druck wiederherzustellen.

It's like being in a crowded room.

Es ist wie in einem überfüllten Raum.

The more molecules there are,

Je mehr Moleküle, umso höher der Druck.

the more pressure there is.

If we look back at our equation,

Schauen wir zurück auf unsere Gleichung,

we see that on the left-hand side,

sehen wir, dass sich links vier Moleküle befinden

there are four molecules on the left

and just two on the right.

und rechts nur zwei.

So, if we want the room to be less crowded,

Wenn der Raum weniger voll

und damit weniger Druck vorhanden sein soll,

and therefore have less pressure,

the system will start

wird das System anfangen,

combining nitrogen and hydrogen

Stickstoff und Wasserstoff miteinander zu verbinden,

to make the more compact ammonia molecules.

um die kompakteren Ammoniakmoleküle herzustellen.

Haber realized that in order to make

Haber erkannte: Um große Mengen an Ammoniak herstellen zu können,

large amounts of ammonia,

he would have to create a machine

müsste er eine Maschine erfinden,

that would continually add nitrogen and hydrogen

die beständig Stickstoff und Wasserstoff zuführt

while also increasing the pressure

und zugleich den Druck auf das Gleichgewicht erhöht.

on the equilibrium system,

which is exactly what he did.

Und genau das tat er.

Today, ammonia is one of the most produced

Heute ist Ammoniak

eine der meistproduzierten Chemikalien in der Welt.

chemical compounds in the world.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

Jährlich werden ungefähr 131 Millionen Tonnen produziert,

which is about 290 billion pounds of ammonia.

was etwa 290 Milliarden Pfund Ammoniak entspricht.

That's about the mass

Das entspricht etwa 30 Millionen Afrikanischen Elefanten,

of 30 million African elephants,

weighing roughly 10,000 pounds each.

von denen jeder ungefähr 10 000 Pfund wiegt.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

80 % dieses Ammoniaks wird in der Düngemittlelproduktion genutzt,

und der Rest in Industrie- und Haushaltsreinigern

while the rest is used

in industrial and household cleaners

and to produce other nitrogen compounds,

sowie zur Produktion anderer stickstoffhaltiger Substanzen,

such as nitric acid.

wie Salpetersäure.

Recent studies have found

Laut neuesten Studien

that half of the nitrogen from these fertilizers

wird die Hälfte des Stickstoffs in diesen Düngern

is not assimilated by plants.

nicht von Pflanzen aufgenommen.

Consequently, the nitrogen is found

Dies bedeutet, dass Stickstoff als flüchtige Chemikalie

as a volatile chemical compound

in the Earth's water supplies and atmosphere,

im Wasservorrat und in der Atmosphäre der Erde vorkommt,

severely damaging our environment.

wo es unsere Umwelt stark schädigt.

Of course, Haber did not foresee this problem

Natürlich konnte Haber dieses Problem nicht vorhersehen,

when he introduced his invention.

als er seine Erfindung vorführte.

Following his pioneering vision,

Seinem Pioniergeist folgend suchen Wissenschaftler heutzutage

scientists today are looking

for a new Haber process of the 21st century,

nach einem neuen Haber-Bosch- Verfahren des 21. Jahrhunderts,

which will reach the same level of aid

das uns in gleichem Maße helfen soll,

without the dangerous consequences.

aber ohne die gefährlichen Konsequenzen.