Ammoniakin synteesi on ammoniakin tuotanto vety- ja typpikaasujen yhdistelmästä. Suurin osa tuotetusta ammoniakista käytetään lannoitteena, vaikka sitä voidaan käyttää muihin tarkoituksiin, kuten räjähteiden valmistukseen. Prosessi kehitettiin Saksassa 1900 -luvun alussa.
Ilmakehä on täynnä typpikaasua, mutta se on reaktiivinen eikä yleensä yhdisty muiden alkuaineiden kanssa. Perusstrategia ammoniakin NH3 valmistamiseksi on yhdistää vetykaasu, H2, typpikaasuun, N2, korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa. Kemiallisesti tämä on vaikea reaktio, joten prosessin nopeuttamiseksi tarvitaan ainetta.
Katalyytti on yhdiste, joka saa reaktion etenemään nopeammin. Ammoniakin synteesissä käytetty katalyytti on yleensä rauta. Käytetty rauta on pelkistynyt magnetiittimalmi. On muitakin kemikaaleja, joita voidaan käyttää katalysaattoreina, mutta rauta on yleisin.
Vetykaasun lähde on yleensä maakaasu, joka tunnetaan myös nimellä metaani, CH4. Tämä kuvaa ammoniakin synteesin perusprosessia. Monia muita vaiheita tapahtuu ammoniakkisynteesilaitoksessa. Rikkiyhdisteet poistetaan ensin maakaasusta reagoimalla sinkkioksidin kanssa, joka muuttuu sinkkisulfidiksi. Tämä jättää vapaata metaania, joka käy läpi useita muunnoksia vetykaasun tuottamiseksi.
Käytetty lämpötila on noin 1482 ° F (400 ° C). Käytetty paine on pienempi kuin mikä on optimaalinen reaktiolle. Turvallisuussyistä käytetään noin 200 ilmakehän (atm) painetta. Saanto on noin 10-20% näissä olosuhteissa. Kun seos poistuu reaktorista, se jäähdytetään niin, että ammoniakista tulee nestettä. Lämpö kerätään ja käytetään uudelleen tulevien kaasujen lämmittämiseen.
Tämä ammoniakin synteesimenetelmä tunnetaan Haberin prosessina, koska sen loi saksalainen kemisti Fritz Haber, joka kehitti olosuhteet kemialliselle reaktiolle. Hän kehitti sen typen sisältävien lannoitteiden puutteen aikana 1900-luvun alussa ja koska Saksa tarvitsi räjähteitä ensimmäiseen maailmansotaan. Tällä hetkellä ammoniakkia tuotetaan laajasti kaikkialla maailmassa.
Vaihtoehtoinen tapa saada vety reaktioon on veden elektrolyysi. Elektrolyysi käyttää sähköä yhdisteiden hajottamiseen. Tässä tapauksessa vesi hajotetaan vetyksi ja hapeksi. Tämä on tehty yhdessä sähköntuotannon kanssa vesivoimalaitoksista. Jo vuonna 1911 veden elektrolyysiä on käytetty vedyn tuottamiseen ammoniakin synteesiin.
Jotkut mikro -organismit pystyvät käyttämään ilmasta peräisin olevaa typpikaasua ammoniakin tuottamiseen. Tätä prosessia kutsutaan typen kiinnitykseksi. Tässä tapauksessa katalyytit ovat monimutkaisia entsyymejä, jotka tunnetaan typperaaseina. Bakteerit, jotka suorittavat tämän prosessin, elävät palkokasvien juurilla, kuten hernekasveilla. Typen kiinnitys on parantanut merkittävästi monien maaperien ravinteiden tilaa.