The Nitrogen Problem & the Haber-Bosch Process
なぜハーバー・ボッシュ法で
「窒素問題」は解決したのか？
空気の78%は窒素。しかし植物はそれを直接使えない。この矛盾を解決した化学プロセスが、80億人の食糧を支えている。その仕組みを順を追って解説する。
01
そもそも「窒素問題」とは何だったのか
THE NITROGEN PROBLEM
すべての生物は、タンパク質・DNA・クロロフィルなどを構成するために窒素（N）を必要とする。 農作物も例外ではなく、窒素は肥料の三要素（N・P・K）の筆頭であり、 収穫量を最も大きく左右する栄養素である。
78%
大気の組成に占める
窒素ガス（N₂）の割合
窒素ガス（N₂）の割合
N≡N
窒素の三重結合
結合エネルギー 945 kJ/mol
結合エネルギー 945 kJ/mol
0%
植物がN₂を
直接利用できる割合
直接利用できる割合
空気の78%は窒素ガス（N₂）でできている。しかし N₂ の三重結合（N≡N） は自然界で最も強い共有結合のひとつであり（945 kJ/mol）、植物はこれを切断してそのまま利用することができない。
つまり、窒素は「空気中にいくらでもあるのに使えない」という矛盾を抱えていた。 植物が利用できるのは、アンモニウムイオン（NH₄⁺）や硝酸イオン（NO₃⁻）のように N≡N の三重結合が切れた「固定態窒素」だけである。
つまり、窒素は「空気中にいくらでもあるのに使えない」という矛盾を抱えていた。 植物が利用できるのは、アンモニウムイオン（NH₄⁺）や硝酸イオン（NO₃⁻）のように N≡N の三重結合が切れた「固定態窒素」だけである。
図①： 自然界の窒素循環。N₂ は三重結合が非常に強いため、自然に「固定」される量はごくわずか（雷放電＋根粒菌で年間約 2 億トン）。人口増加に伴い、この自然供給だけでは農業が追いつかなくなった。
19世紀まで、農業に使える固定態窒素の供給源は限られていた。
ハーバー・ボッシュ法以前の窒素供給源とその限界
1898年、英国科学振興協会会長ウィリアム・クルックス卿の警告：
「世界人口の増加に対し、食糧生産の窒素源が追いつかない。このままでは人類は窒素飢餓で滅亡する。化学者が窒素固定の方法を発明しなければならない。」
この「窒素危機」こそが、ハーバー・ボッシュ法が解決した問題である。
「世界人口の増加に対し、食糧生産の窒素源が追いつかない。このままでは人類は窒素飢餓で滅亡する。化学者が窒素固定の方法を発明しなければならない。」
この「窒素危機」こそが、ハーバー・ボッシュ法が解決した問題である。
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