Том Стендейдж - Съедобная история человечества. Еда как она есть – от жертвоприношения до консервной банки

Решающая демонстрация состоялась 2 июля 1909 г. в присутствии двух сотрудников BASF – Алвина Митташа и Юлиуса Кранца. Утром в процессе демонстрации вылетел один из болтов в реакторе высокого давления, что потребовало ремонта в течение нескольких часов. Но ближе к вечеру аппарат начал работать при 200 атмосферах и около 500 °С, и это привело к выходу аммиака 10 %. Митташ в волнении сжал руку Габера в тот момент, когда появились бесцветные капли жидкого аммиака. К концу дня машина произвела 100 куб. сантиметров аммиака. Ликующий Габер написал в BASF на следующий день: «Вчера мы начали работать с большим аммиачным аппаратом с циркуляцией газа в присутствии доктора Митташа и смогли сохранить производство непрерывным в течение пяти часов. Все это время он работал без сбоев и непрерывно производил жидкий аммиак. Из-за опоздания в несколько часов и так как мы все устали, мы остановили производство, потому что уже ничего нового нельзя было узнать из продолжения эксперимента».

Экспериментальный аппарат Габера

Синтез аммиака в больших масштабах оказался осуществимым. BASF поставила задачу преобразовать работу настольного аппарата Габера в крупномасштабный промышленный процесс под высоким давлением своему химику-технологу Карлу Бошу. Он должен был решить, как генерировать два исходных газа (водород и азот) в больших количествах и по разумной стоимости, найти подходящие катализаторы и, самое сложное, разработать большие стальные сосуды, способные выдерживать огромное давление, требуемое для реакции. Первые два аппарата, построенные Бошем, были примерно в четыре раза больше, чем аппарат Габера. Однако они оказались неудачными. Их трубки высокого давления, необходимые для получения реакции, взорвались примерно через 80 часов работы, хотя и были заключены в железобетон. Бош понял, что водород под высоким давлением восстанавливает углерод в стали, и материал трубок теряет свою прочность и коррозионную стойкость. Его команда также разработала новые виды предохранительных клапанов для работы при высоких давлении и температуре. Были созданы детально продуманные системы теплообмена, способные сократить расход энергии, требуемой для синтеза. Кроме того, были разработаны приспособления, позволившие тестировать большое количество различных материалов-катализаторов. В течение 1910 и 1911 гг. конвертеры Боша постепенно становились больше, хотя все еще производили лишь несколько килограммов аммиака в день. Только в феврале 1912 г. объем дневного производства превысил одну тонну.

Карл Бош

К этому времени Габер и BASF были атакованы соперниками, которые оспаривали патенты Габера на процесс синтеза аммиака. Главным среди них был Вальтер Нернст, чей спор с Габером побудил последнего разработать новый процесс. Некоторые из работ Габера были основаны на более ранних экспериментах Нернста, поэтому BASF предложил Нернсту «отступные» в 10 тыс. марок в год в течение пяти лет в знак признания этого. В ответ Нернст согласился не оспаривать патенты Габера, а все другие претензии к нему были впоследствии отвергнуты судами.

Тем временем все более крупные конвертеры, способные производить от трех до пяти метрических тонн в день, были запущены на новом производстве BASF в городке Оппау. В них были объединены оригинальные методы Габера и инновационные разработки Боша для производства аммиака – азота из воздуха и водорода из угля. Теперь это известно как процесс Габера–Боша. К 1914 г. завод в Оппау был способен производить почти 20 метрических тонн аммиака в день, или 7200 метрических тонн в год, а затем он мог быть переработан в 36 тыс. метрических тонн сульфатных удобрений. Но Первая мировая война, начавшаяся в августе 1914 г., изменила ход событий: большая часть аммиака, производимого на заводе, пошла на производство взрывчатых веществ, а не удобрений. (Германские поставки селитры из Чили были прерваны после серии морских сражений, в которых победу одержали англичане.)

Война высветила два варианта использования достижений химии: с одной стороны, поддерживать жизнь, с другой – разрушать ее.Перед Германией тоже встал вопрос – использовать свой новый источник синтетического аммиака для увеличения производства продуктов питания или для снабжения армии боеприпасами. Некоторые историки даже предположили, что без достижений Габера–Боша селитра в Германии закончилась бы к 1916 г. и война завершилась бы намного раньше. Немецкое производство аммиака резко возросло после 1914 г., но большую часть его поставок использовали для выпуска боеприпасов, так что поддерживать производство продуктов питания оказалось невозможным. Поэтому повсюду ощущалась нехватка продовольствия, которая способствовала упадку морального духа людей, а затем и поражению Германии в 1918 г.

Сам Габер является поразительным воплощением конфликта между конструктивным и разрушительным использованием химии. Во время войны он обратил внимание на разработку химического оружия, в то время как Бош сосредоточился на увеличении производства аммиака. Габер наблюдал первое успешное широкомасштабное применение химического оружия в апреле 1915 г., когда Германия использовала газообразный хлор против французов и канадцев в битве при Ипре, результатом которой стала гибель около 5 тыс. человек. Габер утверждал, что убивать людей с помощью химикатов было не хуже, чем убивать их любым другим оружием. В то же время он полагал, что использование его достижений поможет прекратить войну. Но его жена, Клара Иммервар, которая сама была химиком, категорически отвергла такой подход, причем настолько, что застрелилась из пистолета своего мужа в мае 1915 г. Но уже в 1918 г. Габер получил Нобелевскую премию по химии за новаторскую работу по синтезу аммиака и развитию его потенциала в сельском хозяйстве. Многие ученые выступали против вручения ему этой премии, но Шведская королевская академия наук, присудившая эту награду, оценила разработку Габера как «чрезвычайно важное средство улучшения стандартов сельского хозяйства и благополучия человечества». Это был удивительно точный прогноз, если учитывать влияние, которое оказали удобрения, полученные с использованием процесса Габера в последующие десятилетия. Но факт остается фактом. Человек, который сделал возможным резкое увеличение народонаселения в мире, вспоминается как один из отцов химической войны.

Когда ученые Британии и других стран попытались во время войны воспроизвести процесс Габера–Боша, у них ничего не получилось, потому что важные технические детали в соответствующих патентах были опущены. После войны эти патенты были конфискованы, а работа заводов BASF обстоятельно изучена иностранными инженерами, ведущими строительство аналогичных заводов в Великобритании, Франции и США. В результате в течение 1920-х гг. процесс был не только изучен, но и усовершенствован. Теперь можно было использовать метан из природного газа, а не уголь как источник водорода. К началу 1930-х годов процесс Габера–Боша победил чилийскую селитру и стал доминирующим источником искусственных удобрений. Более того, с 1910 по 1938 г. мировое потребление удобрений утроилось. Используя в течение тысячелетий почвенные микробы, бобовые и навоз, человечество решительно взяло под контроль азотный цикл. Вторая мировая война подтолкнула к строительству еще большего числа аммиачных заводов, что давало возможность удовлетворить спрос на взрывчатые вещества. Это означало, что после окончания войны в 1945 г. еще больше возможностей открывалось для производства удобрений. Таким образом была подготовлена почва для дальнейшего (драматического) увеличения производства, а следовательно, использования искусственных удобрений. Но если в дальнейшем ставка делалась на увеличение производства продовольствия, то необходимо было найти способ выведения новых сортов семян.