Amoniak nebo azan (NH3) je jednou z průmyslově nejdůležitějších sloučenin dusíku. Za normálních podmínek je to bezbarvý plyn s charakteristickým, intenzivním zápachem, je silně toxický. V čistém stavu se musí skladovat podchlazený nebo v tlakových nádobách, vzhledem k jeho teplotě varu (−33,3 °C) je možné ho skladovat i ve skleněných ampulích s ventilem. Běžně dostupný amoniak je vodný roztok amoniaku, jeho maximální koncentrace se pohybuje kolem 31 %.
Průmyslově se vyrábí Haber-Boschovým procesem, vyvinutým v první polovině dvacátého století.[9] Tato výroba je energeticky náročná a amoniak se vyrábí v obrovských množstvích (198 miliónů tun v roce 2012),[6] důsledkem toho je, že výroba amoniaku spotřebuje asi jedno procento energie vyrobené člověkem. Tímto procesem se amoniak vyrábí z prvků, vodík a dusík spolu reagují za tlaku 15-25 MPa a teplotě 400-500 °C. Směs plynů prochází přes katalyzátor a dochází ke vzniku amoniaku, účinnost procesu je jen kolem 15 %, ale průmyslové reaktory mají mnoho pater a nezreagovaný plyn se regeneruje, tím se dosahuje účinnosti až 97 %. Neustále se hledají nové a úspornější cesty syntézy amoniaku, zatím se v praxi stále využívá jen Haber-Boschův proces.[10] Už byly položeny základy pro mechanochemickou a fotoelektrochemickou výrobu amoniaku.
N2 + 3 H2 → 2 NH3
Haber-Boschův proces můžeme popsat sérií rovnovážných reakcí. Nejprve dochází k adsorpci plynů na katalyzátor, disociaci a poté k vlastní reakci:
- N2 (g) ⇌ N2 (ads.)
- N2 (ads.) ⇌ 2 N (ads.)
- H2 (g) ⇌ H2 (ads.)
- H2 (ads.) ⇌ 2 H (ads.)
- N (ads.) + 3 H(ads.) ⇌ NH3 (ads.)
- NH3 (ads.) ⇌ NH3 (g)
Zelený amoniak
V Dánsku v roce 2024 spustili továrnu na výrobu tzv. zeleného amoniaku (NH3). Využívá se stále Haberova-Boschova syntéza, ale energie je získávána z obnovitelných zdrojů, stejně tak vodík, který je připravován elektrolýzou vody.[12,13]