Birkeland-Eyde-processen

Birkeland-Eyde-processen var en historisk elektrokemisk process för framställning av salpetersyra genom att låta luftens kväve och syre reagera direkt i en elektrisk ljusbåge. Processen utvecklades av den norske fysikern Kristian Birkeland tillsammans med ingenjören Sam Eyde 1903.^[1] Birkeland och Eyde grundade 1905 företaget Norsk Hydro, och 1911 stod den första storskaliga produktionsanläggningen, Rjukan Salpeterfabrikk färdig i Rjukan. Nödvändig elenergi hämtades från det närbelägna vattenkraftverket i Vemork.

Birkeland-Eyde-processen krävde stora mängder elenergi. 1929 övergavs den därför i Rjukan, till förmån för Haber–Bosch-processen och den åtföljande Ostwald-processen.

Utvecklingsarbete pågår på flera håll i världen för att konstruera liknande, men mer energisnåla processer.^[2]^[3]

Processen

En elektrisk ljusbåge skapades mellan två rörformade, vattenkylda kopparelektroder, matade med en högspänd växelström om 5kV, 50 Hz. Ett kraftigt magnetfält, skapat med hjälp av omgivande elektromagneter, bredde ut ljusbågen till en tunn skiva plasma. Temperaturen i plasmaskivan uppgick till minst 3000 ^oC. När luft blåstes genom plasmaskivan reagerade en del av luftens kväve och syre och bildade kväveoxid enligt reaktionen

{\ce {N2 + O2 -> 2NO}}

Utbytet kunde i bästa fall uppgå till 4 - 5% NO. Reaktionen är i princip densamma som sker som vid blixturladdningar. Elenergiförbrukningen uppgick till omkring 15 MWh per ton salpetersyra.

Den heta kväveoxiden kyldes och reagerade med luftens syre och bildade kvävedioxid

2 NO (g) + O₂ (g) → 2 NO₂ (g)

Kvävedioxiden absorberades därefter i vatten varvid salpetersyra i utspädd form bildades.

3 NO₂ (g) + H₂O (l) → 2 HNO₃ (aq) + NO (g)

Oreagerade kväveoxider absorberades slutligen i ett basiskt bad med uppslammad kalksten och bildade då kalciumnitrat.

Salpetersyrans koncentration höjdes genom destillation.

Källor

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Birkeland–Eyde process, 26 september 2024.

↑ Eyde, Sam (1909). ”The Manufacture of Nitrates from the Atmosphere by the Electric Arc—Birkeland-Eyde Process”. Journal of the Royal Society of Arts 57 (2949): sid. 568–576.
↑ Rouwenhorst, Kevin H. R.; Jardali, Fatme; Bogaerts, Annemie; Lefferts, Leon (2021). ”From the Birkeland–Eyde process towards energy-efficient plasma-based NOX synthesis: a techno-economic analysis” (på engelska). Energy Environ. Sci. (Royal Society of Chemistry) 14: sid. 2520-2534. doi:10.1039/D0EE03763J. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2021/ee/d0ee03763j. Läst 3 april 2026.
↑ ”Method for the synthesis of nitrogen oxides and nitric acid in a thermal reactor” (på engelska). Google patents. https://patents.google.com/patent/WO2022159018A1/en. Läst 3 april 2026.

Se även

[1] Eyde, Sam (1909). ”The Manufacture of Nitrates from the Atmosphere by the Electric Arc—Birkeland-Eyde Process”. Journal of the Royal Society of Arts 57 (2949): sid. 568–576.

[2] Rouwenhorst, Kevin H. R.; Jardali, Fatme; Bogaerts, Annemie; Lefferts, Leon (2021). ”From the Birkeland–Eyde process towards energy-efficient plasma-based NOX synthesis: a techno-economic analysis” (på engelska). Energy Environ. Sci. (Royal Society of Chemistry) 14: sid. 2520-2534. doi:10.1039/D0EE03763J. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2021/ee/d0ee03763j. Läst 3 april 2026.

[3] ”Method for the synthesis of nitrogen oxides and nitric acid in a thermal reactor” (på engelska). Google patents. https://patents.google.com/patent/WO2022159018A1/en. Läst 3 april 2026.

[1]

[2]

[3]