Jedes Jahr werden weltweit fast 20 Millionen Tonnen Ammoniumnitrat produziert. Es ist bisher der stärkste, wirtschaftlichste und bequemste Dünger auf dem Markt und unterstützt Landwirte bei der Fütterung von Milliarden. Die jüngste katastrophale Explosion in Beirut erinnert jedoch an die Gefahren, die mit der unsachgemäßen Lagerung und dem Transport dieser üblichen Chemikalie verbunden sind., Wie können wir die Kraft von Ammoniumnitrat nutzen und gleichzeitig sicherstellen, dass Tragödien wie Beirut in Zukunft vermieden werden?
Die Katastrophe von Beirut
Am 4. August 2020 explodierte eine große Menge Ammoniumnitrat in einem Lagerhangar im Hafen von Beirut, was zu über 300 Todesfällen und 6.000 Verletzungen sowie enormen Sachschäden führte und schätzungsweise 300.000 Menschen obdachlos machte., Die katastrophale Explosion in Beirut war einer der wenigen groß angelegten Unfälle, die durch Ammoniumnitrat verursacht wurden, vergleichbar nur mit Explosionen in Texas City, USA (1947); Toulouse, Frankreich (2001); und Tianjin, China (2015).Jahrhunderts gab es fast 40 große Unfälle, von denen mehr als die Hälfte in den letzten 20 Jahren passierten. Elf dieser Unfälle betrafen mehr als 1.000 Tonnen Ammoniumnitrat oder verursachten mehr als 30 Todesfälle (Abbildung 1). Über 80% dieser Unfälle ereigneten sich während der Lagerung oder des Transports von Ammoniumnitrat (Abbildung 2)., Die Analyse dieser Unfälle zeigt, dass Ammoniumnitratexplosionen fast immer Bränden oder anderen Zündquellen vorausgehen.
Für noch mehr Einblicke in die chemischen Eigenschaften von Ammoniumnitrat, seine Gefahren und Sicherheitsregeln laden Sie diesen ausführlichen CAS-Bericht herunter.
Kann Ammoniumnitrat gezähmt werden?
Was kann getan werden, um sicherzustellen, dass Tragödien wie Beirut vermieden werden in die Zukunft? Der Schlüssel, um zukünftige Innovationen in diesem Bereich voranzutreiben, ist das Verständnis der molekularen Struktur und der Reaktionen, die diese starken Explosionen verursachen., Ammoniumnitrat wird durch Reaktion von Ammoniak mit Salpetersäure in Wasser hergestellt, gefolgt von einer sorgfältigen Verdampfung des Wassers.
Ammoniak wird am häufigsten aus atmosphärischem Stickstoff hergestellt, während Salpetersäure aus der Verbrennung von Ammoniak hergestellt wird, und so wird Ammoniumnitrat am bequemsten dort hergestellt, wo Ammoniak hergestellt wird. Die Bildung von Ammoniumnitrat gibt erhebliche Mengen an Wärme ab und wird daher in wässriger Lösung hergestellt, um diese Wärme besser abzuleiten., Das Wasser muss dann aus der Lösung entfernt werden, um festes Ammoniumnitrat zu erhalten, meistens durch Verdampfung. Während Ammoniumnitrat bei den üblichen Temperaturen seiner Herstellung und Reinigung stabil ist, werden häufig Additive verwendet, um die Gefahren zu verringern. Beispielsweise wurden Kaliumverbindungen wie Stickstoff-Kalium-und Stickstoff-Phosphor-Kalium-Düngemittel verwendet, um die Stabilität von Ammoniumnitrat gegenüber Phasenübergang zu erhöhen und seine Explosionsempfindlichkeit zu verringern., Calcium-und Magnesiumnitrate wurden Ammoniumnitrat auch in geringen Mengen zugesetzt, um seine physikalische Stabilität zu verbessern, aber die Mischungen absorbieren leichter Wasser aus der Atmosphäre. Calciumammoniumnitrat (CAN), hergestellt aus Ammoniumnitrat und Calciumcarbonat, wird in einigen Fällen als Alternative zu Ammoniumnitrat verwendet. Aluminiumsulfat wurde auch als Trocknungsadditiv für Ammoniumnitrat verwendet. Während diese Alternativen geholfen haben, ist es wichtig zu beachten, dass unbeabsichtigte Verunreinigungen im Herstellungsprozess seine Stabilität verringern oder die Explosion erleichtern können.,
Ammoniumnitrat Innovation konzentriert sich auf Sicherheit
Eine eingehende Analyse der Sammlung von CAS-Inhalten zeigt einige Schlüsselbereiche auf, die in der Landschaft des geistigen Eigentums entstanden sind und die Bemühungen zur Verhinderung einer versehentlichen Explosion oder eines versehentlichen Missbrauchs umreißen. Dazu gehören Fortschritte in Bezug auf Gemische, Beschichtungen, Formulierungen mit langsamer Freisetzung, Partikelgrößenkontrolle und Hygroskopizitätsansätze, die das Missbrauchspotenzial minimieren und die Stabilität für eine sicherere Lagerung erhöhen., Beispielsweise wurde eine Beschichtung für einen Dünger erfunden, die das Eindringen von kohlenwasserstoffen, wie heizöl, in die poren des Düngemittels verhindert und dadurch dessen Wirksamkeit als oxidationsmittel verringert (WO2003106377). Alternativ wurden hygroskopische Ansätze auch durch Zugabe eines Schlüsselbestandteils wie eines Harnstoff-Doppelsalzes untersucht, das mit Ammoniumnitrat einen stabilen Dünger bildet (US20150218058)., So sind einige Alternativen entstanden, die Benutzern sichere und kostengünstige Optionen bieten, aber es gibt immer noch erhebliche Kompromisse in Bezug auf Sicherheit oder Stickstoffgehalt, so dass immer noch mehr Innovation erforderlich ist.
Suche nach alternativen stickstoffhaltigen Düngemitteln
Obwohl Ammoniumnitrat aufgrund seines hohen Stickstoffgehalts ein wichtiger Dünger ist, begrenzt seine Explosionsgefahr seine Anwendung und wurde sogar in einigen Bereichen verboten., Die Verringerung der Ammoniumnitratkonzentration, die Suche nach alternativen Verbindungen und die Entwicklung sichererer Formen sind Strategien, die dazu beitragen können, die Sicherheit von Stickstoffdüngern zu erhöhen. Tabelle 1 listet alternative stickstoffhaltige Düngemittel auf, die sich als sicherere Optionen herausgestellt haben, die Ammoniumnitrat ersetzen könnten. Leider ist die Alternative mit dem höchsten Stickstoffgehalt wasserfreies Ammoniak, das bei Umgebungstemperatur ein giftiges Gas ist., Andere Alternativen mit hohem Stickstoffgehalt, wie Ammoniumhydroxidlösungen und Harnstoff, sind aufgrund ihrer geringen Kosten und Wirksamkeit attraktiv; Sie sind jedoch flüchtig. Langsam freisetzende Formulierungen von Harnstoff sowie modifizierte Lignine und Hydrogele wurden entwickelt, um diese Herausforderung zu meistern.
Tabelle 1., List of alternative nitrogenous fertilizers
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Fertilizer |
Comment |
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|---|---|---|
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Anhydrous ammonia |
Pressurized gas, Risk Management Plan (RMP)-regulated substance with a threshold of 10,000 lbs, regulated as Dangerous Goods for transportation.,div id=“8648a5f2f4″> Sodium nitrate |
Stable |
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Calcium cyanamide |
Contains calcium |
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Calcium nitrate |
Contains calcium |
Handling ammonium nitrate safely
Previous disasters have heightened public awareness of the explosive nature of ammonium nitrate, and the consequences of its unsafe storage and use., Als Reaktion darauf sind in verschiedenen Bereichen viele Vorschriften, Regeln und Richtlinien für Ammoniumnitrat, insbesondere hinsichtlich seiner Lagerung und Handhabung, zur Verbesserung der Sicherheit entstanden. Die primären US-Vorschriften für Ammoniumnitrat sind „OSHA 29 CFR 1910.109 (i) – Lagerung von Ammoniumnitrat“ und das Memorandum of „Guidance on the Ammonium Nitrate Storage Requirements in 29 CFR 1910.109(i)“, das 2014 nach der Adair Grain Inc.veröffentlicht wurde., DBA West Fertilizer Company Explosion im Jahr 2013., Bemerkenswert ist jedoch, dass die sorgfältige Durchsetzung der Sicherheitsregeln und-vorschriften der Schlüssel zur Vermeidung zukünftiger Unfälle wie der Beirut-Katastrophe ist., kann wie folgt zusammengefasst werden
(Abbildung 3):
- Belüftung: ausreichende Belüftung im Brandfall
- Isolierung von Verbrennung: nicht brennbare und hitzebeständige Materialien sind erforderlich
- Temperaturregelung: Lagertemperaturen sollten unter 130℉
- Volumen: Lagerungsgrenzen sollten unter 2270 Tonnen liegen
- Brandschutz/Prävention: strenger Brandschutz ist erforderlich
- Vermeidung brennbarer Verunreinigungen: speicher von anderen Produkten trennen
Trotz Sicherheitsbedenken bleibt Ammoniumnitrat weltweit ein wichtiger Dünger, da es effektiv, billig und einfach herzustellen ist. Wie jedoch durch den Beiruter Vorfall noch einmal hervorgehoben wurde, birgt die Anfälligkeit von Ammoniumnitrat für Feuer und Explosionen aufgrund schlechter Lagerpraktiken oder Kontamination erhebliche Risiken., Inkonsistente Vorschriften und ein Mangel an nachhaltigem Bewusstsein dafür, wie Ammoniumnitrat in der globalen Lieferkette sicher gehandhabt und gelagert werden kann, sind die wichtigsten Herausforderungen, die durch Aufklärung und Interessenvertretung bewältigt werden müssen, um eine weitere globale Tragödie zu verhindern.
Wie Wissenschaftler Ammoniumnitrat sicherer machen, erfahren Sie in unserem jüngsten Whitepaper Lessons learned from Ammonium Nitrate.