Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…

Кин Сэм

Бош решил разобраться с каждой из множества проблем в производстве аммиака по отдельности. Одна из проблем заключалась в получении чистого азота, поскольку в воздухе, кроме азота, содержится также кислород и другие примеси. Бош обратился за помощью в неожиданное место – в пивоваренную компанию «Гиннесс». За 15 лет до этого в «Гиннессе» создали самый мощный в мире холодильник, в котором удавалось получить даже жидкий воздух (если охладить газы в составе воздуха достаточно сильно, как и все другие вещества, они перейдут в жидкое состояние). Но в данном случае Боша больше интересовал обратный процесс – кипячение сжиженного воздуха. Жидкий воздух представляет собой смесь многих веществ, и все они кипят при разной температуре. Жидкий азот кипит при температуре –196 ^oС. Поэтому Бошу требовалось получить какое-то количество жидкого воздуха с помощью названного холодильника, потом под давлением нагреть его и собрать пары азота. Теперь

каждый раз, когда увидите мешок с удобрениями, вспоминайте компанию «Гиннесс».

Карл Бош, вдохновитель проекта по получению аммиака из газообразного азота

Вторая проблема заключалась в выборе катализатора. В лабораторных условиях осмий ускорял реакцию весьма эффективно, но он не годится для использования в промышленных масштабах: он гораздо дороже и реже золота, так что покупка такого количества осмия, которое требовалось для промышленных масштабов, просто обанкротила бы компанию. Бошу нужен был дешевый заменитель, и он перебрал все металлы из периодической таблицы. Его исследовательская группа провела 20 000 экспериментов, прежде чем остановилась на смеси оксида алюминия с кальцием и железом. Если Габер, ученый, нашел самый лучший индивидуальный катализатор, Бош, инженер, предпочел смесь.

Однако выделение чистого азота и выбор эффективного катализатора не дали бы никакого результата, если бы Бош не сумел преодолеть главное препятствие – достичь того высокого давления, которое требовалось для протекания реакции. Однажды профессор в университете сказал мне, что идеальная экспериментальная система отказывает именно в тот момент, когда получены последние экспериментальные данные: это означает, что на обслуживание оборудования время не затрачивается (таково мнение типичного ученого). Оборудование Боша должно было бесперебойно работать месяцами при такой температуре, при которой раскаляется железо, и при давлении в 20 раз выше, чем в двигателе паровоза. Когда представители руководства BASF впервые услышали эти цифры, они раскрыли рты от изумления. Один из них рассказал, что накануне в его отделе взорвалась печь, работавшая под давлением всего в семь раз выше атмосферного (а это лишь одна тридцатая того давления, при котором планировалось производить аммиак). Как Бош рассчитывал создать реакционную емкость, способную выдерживать подобную нагрузку?

Бош ответил, что не собирается делать этого самостоятельно. Он обратился за помощью в компанию Круппа, отливавшую легендарные пушки и полевые артиллерийские орудия. Заинтригованные поставленной задачей инженеры компании вскоре создали эквивалент «Большой Берты» для химической промышленности – несколько стальных емкостей высотой по 2,5 м с толщиной стенок 2,5 см. Для повышения прочности Бош укрепил эти емкости в бетоне. Как оказалось, это было весьма предусмотрительно, поскольку первая емкость взорвалась уже на третий день испытаний. Однако, как заметил один историк, «нельзя было останавливать работу из-за мелкой шрапнели». Сотрудники Боша придали емкостям дополнительную прочность с помощью химического покрытия, защищавшего их от коррозии под действием горячих газов, а затем придумали новые клапаны, насосы и пломбы, способные выдерживать сверхвысокое давление.

Традиционная наука всегда существовала за счет отдельных специалистов или небольших исследовательских групп, в которых каждый участник вносил конкретный вклад в общее дело.

Кроме внедрения новых технологических приемов, Бош также помогал внедрять и новые методы научного поиска. Традиционная наука всегда существовала за счет отдельных специалистов или небольших исследовательских групп, в которых каждый участник вносил конкретный вклад в общее дело. Бош применил конвейерный метод, параллельно решая десятки мелких задач, как будет сделано через 30 лет в рамках Манхэттенского проекта. Опять-таки, как и при реализации Манхэттенского проекта, он удивительно быстро получил результаты – и в таком масштабе, который большинству ученых казался попросту невозможным. Всего через несколько лет после получения Габером первых капель аммиака [16] BAFS построила вблизи города Оппау один из крупнейших в мире химических заводов. По территории завода проходило несколько километров труб и проводов, а установки для получения сжиженных газов были размером с небольшой дом. Один железнодорожный узел обеспечивал завод сырьем, а через другой осуществлялась транспортировка 10 000 рабочих. Но самым удивительным было то, что завод работал и производил аммиак практически с той же скоростью, которую предсказывал Бош. За несколько

лет объем выпуска аммиака увеличился вдвое, потом еще вдвое. А доходы росли еще быстрее.

16

Программа США по разработке ядерного оружия, принятая в августе 1942 г. – Примеч. ред.

Несмотря на несомненный успех, в середине 1910-х гг. Бош счел необходимым дополнительно расширить производство и подтолкнул BASF к строительству нового, более крупного и необычного завода, на сей раз вблизи города Лойна. Еще больше стальных чанов, еще больше рабочих, еще больше километров труб и проводов и еще больше доходов. К 1920 г. завод в Лойне протянулся на 3 км в длину и 1,5 км в ширину: «машина размером с город», как назвал его один историк.

Строительство заводов в Оппау и Лойне открыло современную эру производства минеральных удобрений, которая не закончилась до сих пор. Даже сегодня, столетие спустя, процесс Габера – Боша потребляет 1 % всех мировых энергетических запасов. Человечество ежегодно расходует 175 млн т аммонийных удобрений и за счет этих удобрений получает примерно половину всех продуктов питания. Половину! Иными словами, если бы не существовало процесса Габера – Боша, не было бы половины живущих на Земле людей, а именно 3,6 млрд человек. Или исчезла бы половина тела каждого человека: каждый второй атом азота из нашей ДНК и наших белков метался бы бессмысленно в воздухе – не будь на свете гордого гения Габера и расчетливого гения Боша.

Как бы я хотел, чтобы история о Габере и Боше на этом закончилась – простая и счастливая история двух немецких химиков, спасших человечество от голода. Но к любой человеческой победе всегда примешиваются гордость и амбиции.

Производство аммиака обогатило Габера. Патенты приносили ему несколько центов с каждого килограмма произведенного продукта, а BASF вскоре стала ежегодно производить десятки тысяч тонн аммиака.

После продажи прав собственности Габер практически забросил работу в области химии азота. В 1911 г. он занял важную административную должность в новом Институте Кайзера Вильгельма в Берлине. В качестве директора института он мог водить дружбу с политиками и членами королевской семьи, что льстило его самолюбию. Он даже помог Альберту Эйнштейну устроиться на работу в Берлине, и, несмотря на политические разногласия (Габер был консерватором, Эйнштейн – либералом), они стали близкими друзьями. Эйнштейн каким-то образом затрагивал нежные струны души Габера. Когда первый брак Эйнштейна распался и от него ушла жена, прихватив с собой двух маленьких сыновей, Габер всю ночь утешал рыдавшего друга.

Отчасти Габер мог сочувствовать Эйнштейну по той причине, что его собственный брак тоже разрушался. Габер и его жена Клара познакомились, будучи студентами химического факультета; ему было 18, ей 15. Через 15 лет он пригласил Клару на конференцию по химии – только чтобы ее увидеть. Несмотря на такое романтическое развитие отношений, брак был трудным, и Клара не хотела переезжать в Берлин. Кроме того, причиной разногласий между мужем и женой становился все возрастающий ура-патриотизм Габера. С самого детства он был "uber alles, но теперь, заняв новый пост, он мог общаться с кайзером, и у него появилась мания величия. Один коллега однажды застал Габера в кабинете за отбиванием поклонов – Габер тренировался на случай, если кайзер пригласит его на обед. Почувствовав, что за ним наблюдают, Габер неловко повернулся и разбил вазу.

С началом Первой мировой войны Габер превратил свой институт в небольшой военный аванпост. Справедливости ради нужно заметить, что Габер считал войну бессмыслицей, а военачальников – тупицами, но при этом признавал, что победа в войне прославит Германию, поэтому он вступил в армию, стал брить голову и ходил на работу в военной форме. Он оцепил здание института колючей проволокой и направил научные исследования на решение военных задач. Один из проектов заключался в получении бензина, который не замерзал бы зимой в России. Другой имел целью адаптировать процесс производства аммиака для получения взрывчатых веществ. Третий проект, самый страшный, состоял в том, чтобы использовать накопленные Габером знания о газах для создания нового типа оружия.

Хотя химическое оружие существовало уже несколько тысячелетий назад – древние греки выкуривали друг друга из городов-государств с помощью паров серы, – газовые атаки оставались менее эффективным способом ведения войны, нежели, скажем, использование расплавленного масла. Франция первой применила газ против немецкой армии в первые месяцы Первой мировой войны, но атаки практически всегда были неудачными: французские газы рассеивались на ветру еще до того, как немцы понимали, что были «атакованы». Французский газ скорее был слезоточивым, чем отравляющим (этиловый бромацетат), и как оружие поражения был бесполезен.