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

A világot tápláló kémiai reakció - Daniel D. Dulek

Fordító: Csaba Lóki Lektor: Laszlo Kereszturi

What would you say

Önök szerint mi

is the most important discovery

az elmúlt néhány évszázad

made in the past few centuries?

legfontosabb felfedezése?

Is it the computer?

A számítógép?

The car?

Az autó?

Electricity?

Az elektromosság?

Or maybe the discovery of the atom?

Vagy talán az atom felfedezése?

I would argue that it is this chemical reaction:

Az én véleményem szerint egy kémiai reakció:

a nitrogen gas molecule

amikor egy nitrogénmolekula

plus three hydrogen gas molecules

három hidrogénmolekulával

gets you two ammonia gas molecules.

ammónia-molekulává egyesül.

This is the Haber process

Ez a Haber-folyamat,

of binding nitrogen molecules in the air

ami a levegő nitrogénmolekuláit

to hydrogen molecules,

hidrogénmolekulákhoz köti,

or turning air into fertilizer.

vagyis a levegőt műtrágyává alakítja.

Without this reaction,

E nélkül a reakció nélkül

farmers would be capable of producing enough food

a mezőgazdaság csak 4 milliárd ember

for only 4 billion people;

számára elegendő élelmet tudna termelni;

our current population is just over 7 billion people.

a Föld jelenlegi lakossága több mint 7 milliárd.

So, without the Haber process,

Tehát a Haber-folyamat nélkül

over 3 billion people would be without food.

több mint 3 milliárd ember élelem nélkül maradna.

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

Tudják, a nitrogén, nitrát (NO3) formájában

is an essential nutrient for plants to survive.

a növények számára nélkülözhetetlen tápanyag.

As crops grow, they consume the nitrogen,

A gabona, növekedése közben nitrogént fogyaszt,

removing it from the soil.

amit a talajból vesz fel.

The nitrogen can be replenished

A nitrogén pótolható hosszadalmas,

through long, natural fertilization processes

természetes trágyázási folyamattal,

like decaying animals,

mint például elhullott állatok maradványaiból,

but humans want to grow food

az emberek viszont ennél sokkal

much faster than that.

gyorsabban akarnak élelemhez jutni.

Now, here's the frustrating part:

És most értünk el a problémás részhez:

78% of the air is composed of nitrogen,

a levegő 78%-ban nitrogénből áll,

but crops can't just take nitrogen from the air

de a növények nem képesek egyszerűen onnan felvenni a nitrogént,

because it contains very strong triple bonds,

mert a molekulák rendkívül erős hármas kötését

which crops cannot break.

nem képesek felhasítani.

What Haber did basically

Haber végső soron annyit tett,

was figure out a way

hogy kitalálta,

to take this nitrogen in the air

hogyan lehet e levegő nitrogénjét

and put it into the ground.

átvinni a földbe.

In 1908, the German chemist Fritz Haber

1908-ban Fritz Haber német vegyész

developed a chemical method

kidolgozott egy kémiai módszert

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

a levegő hatalmas nitrogéntartalmának hasznosítására.

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

Haber talált egy módszert,

mellyel a levegőben lévő nitrogént

and bonded it to hydrogen

hidrogénnel kötötte össze,

to form ammonia.

és így ammóniához jutott.

Ammonia can then be injected into the soil,

Az ammónia aztán már könnyen bevihető a talajba,

where it is quickly converted into nitrate.

ahol gyorsan nitrátokká alakul.

But if Haber's process was going to be used

Ha azonban Haber folyamatát

to feed the world,

a világ táplálására akarta volna használni,

he would need to find a way

akkor olyan megoldást kellett volna találnia,

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

amivel az ammóniát könnyen és gyorsan lehet előállítani.

In order to understand

Hogy megértsük,

how Haber accomplished this feat,

hogyan valósította meg ezt Haber,

we need to know something

tisztában kell lennünk

about chemical equilibrium.

a kémiai egyensúly fogalmával.

Chemical equilibrium can be achieved

Kémiai egyensúly akkor áll elő,

when you have a reaction in a closed container.

amikor zárt térben zajlik le a reakció.

For example, let's say you put

Tegyünk például

hydrogen and nitrogen into a closed container

hidrogént és nitrogént egy zárt tartályba,

and allow them to react.

és hagyjuk őket reakcióba lépni.

In the beginning of the experiment,

A kísérlet elején

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

sok a nitrogén és a hidrogén,

so the formation of ammonia

ezért az ammóniaképződés

proceeds at a high speed.

nagy sebességgel megy végbe.

But as the hydrogen and nitrogen react

Ahogy azonban a hidrogén és a nitrogén reagál

and get used up,

és kezd felhasználódni,

the reaction slows down

a reakció lelassul,

because there is less nitrogen and hydrogen

mert a tartályban egyre kevesebb

in the container.

a nitrogén és a hidrogén.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

Végül eljutunk egy pontra, amikor

where they start to decompose

az ammóniamolekulák elkezdenek lebomlani,

back into the nitrogen and hydrogen.

újra nitrogént és hidrogént képezve.

After a while, the two reactions,

Egy idő múlva a két reakció,

creating and breaking down ammonia,

az ammónia képződése és elbomlása

will reach the same speed.

azonos sebességgel fog zajlani.

When these speeds are equal,

Amikor ez a két sebesség megegyezik,

we say the reaction has reached equilibrium.

azt mondjuk, hogy a reakció egyensúlyban van.

This might sound good, but it's not

Ez akár jó is lehetne, de nem akkor,

when what you want

amikor a célunk

is to just create a ton of ammonia.

egy tonna ammónia előállítása.

Haber doesn't want the ammonia

Haber szándéka egyáltalán nem az volt,

to break down at all,

hogy az ammónia elbomoljon,

but if you simply leave the reaction

de ha a reakciót egy zárt térben

in a closed container,

magára hagyjuk,

that's what will happen.

pontosan ez fog történni.

Here's where Henry Le Chatelier,

Ezen a ponton Henry Le Chatelier

a French chemist,

francia vegyész

can help.

siet a segítségünkre.

What he found was

Ő ugyanis arra jött rá,

that if you take a system in equilibrium

hogy ha egy egyensúlyban lévő rendszerhez

and you add something to it,

hozzáadunk valamit,

like, say, nitrogen,

mondjuk nitrogént,

the system will work

akkor a rendszer ismét

to get back to equilibrium again.

az egyensúlyi állapotra fog törekedni.

Le Chatelier also found

Le Chatelier arra is rájött,

that if you increase

hogy ha növeljük

the amount of pressure on a system,

a rendszerben a nyomást,

the system tries to work

akkor a rendszer megpróbálja

to return to the pressure it had.

visszanyerni az eredeti nyomást.

It's like being in a crowded room.

Olyan ez, mint egy zsúfolt szoba.

The more molecules there are,

Minél nagyobb molekula van jelen,

the more pressure there is.

annál nagyobb a nyomás.

If we look back at our equation,

Ha újra megnézzük az egyenletünket,

we see that on the left-hand side,

akkor látjuk, hogy a bal oldalon

there are four molecules on the left

négy molekula van,

and just two on the right.

a jobb oldalon viszont csak kettő.

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

Ha tehát csökkenteni akarjuk a zsúfoltságot a szobában,

and therefore have less pressure,

és egyúttal kisebb nyomást akarunk,

the system will start

a rendszer elkezd

combining nitrogen and hydrogen

nitrogént és hidrogént egyesíteni,

to make the more compact ammonia molecules.

és ezzel kompaktabb ammónia- molekulákat termelni.

Haber realized that in order to make

Haber felismerte, hogy

large amounts of ammonia,

nagy mennyiségű ammónia gyártásához

he would have to create a machine

egy olyan berendezést kell készítenie,

that would continually add nitrogen and hydrogen

ami képes egy egyensúlyi rendszerbe

while also increasing the pressure

folyamatosan nitrogént és hidrogént adagolni,

on the equilibrium system,

a nyomás folyamatos növelése mellett.

which is exactly what he did.

És pontosan ezt is tette.

Today, ammonia is one of the most produced

Napjainkban az ammónia a legnagyobb mennyiségben

chemical compounds in the world.

gyártott vegyület a világon.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

Ez évente nagyjából 131 millió tonnát,

which is about 290 billion pounds of ammonia.

azaz kb. 140 milliárd kilogramm ammóniát jelent.

That's about the mass

Ez hozzávetőlegesen

of 30 million African elephants,

30 millió, egyenként 5 tonnás

weighing roughly 10,000 pounds each.

afrikai elefánt tömegének felel meg.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

Az ammónia 80%-át a műtrágyaipar dolgozza fel,

while the rest is used

míg a maradékot

in industrial and household cleaners

az ipari és háztartási tisztítószerekben,

and to produce other nitrogen compounds,

valamint más nitrogénvegyületek,

such as nitric acid.

például salétromossav gyártására használják.

Recent studies have found

A legutóbbi kutatások azt mutatják,

that half of the nitrogen from these fertilizers

hogy ennek a nitrogénnek több mint a felét

is not assimilated by plants.

nem hasznosítják a növények.

Consequently, the nitrogen is found

Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy a nitrogén

as a volatile chemical compound

egy illékony anyagnak bizonyult,

in the Earth's water supplies and atmosphere,

ami a Föld vizeibe és légkörébe kerülve,

severely damaging our environment.

súlyosan károsítja környezetünket.

Of course, Haber did not foresee this problem

Haber természetesen nem látta előre ezt a problémát,

when he introduced his invention.

amikor közzé tette felfedezését.

Following his pioneering vision,

Úttörő munkásságát tovább folytatva,

scientists today are looking

napjaink tudósai most

for a new Haber process of the 21st century,

a 21. század Haber-folyamatán dolgoznak,

which will reach the same level of aid

ami ugyanakkora hasznot hajt,

without the dangerous consequences.

csak kevesebb káros következmény árán.