2014-05-10

Карл Бош, творець азотних добрив

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Бренд «Бош» тепер багатьом відомий - це електроінструменти та побутова техніка чудової німецької якості. Для вуха хіміка більш звичне поєднання імен Габер-Бош, що стоїть у одному ряду з аналогічними парами на кшталт Фішер-Тропш, Циглер-Натта та інші. Проте Нобелівську премію йому дали аж ніяк не за процес Габера-Боша, а за сукупність заслуг у справі використання високого тиску для хімії. З великих досягнень Боша була ще робота з Карлом Краухом з синтезу метанолу. Про ці роботи Боша українською мовою нічого не публікувалося або опубліковані лише короткі біографічні нариси.

Сім'я і школа

Дитинство Боша пройшло у світі заліза. Його батько, теж Карл, займався в Кельні поставками слюсарно-залізних виробів, а дядько, Роберт Бош, заснував фірму «Майстерня точної механіки», яка має тепер фамільний бренд «Бош». Карл був старшим з шести дітей, і батько, очевидно, сподівався, що він підтримає сімейну традицію: після школи направив спадкоємця до свого компаньйона на сталеплавильний завод. За рік трудового виховання Карл освоїв навички формувальника, механіка, тесляра і слюсаря. Ставши після закінчення Технічного університету в Шарлоттенбурзі (у той час передмістя Берліна) інженером - механіком-металургом, Бош відразу ж, у 1896 році, вступив до Лейпцигського університету на кафедру органічної хімії, а через три роки оформився на роботу в БАСФ (Баденська анілінова і содова фабрика).

Вже тоді БАСФ перетворилася на солідну компанію, котра мала в штаті наукових співробітників і експертів. Молодий Карл Бош явно не вписувався у цю групу, тримався осібно, любив працювати сам, своїми руками. Якось керівник застав його в лабораторії без краватки, з засуканими рукавами і спітнілого. Він щось розмішував у чані. «Дорогий мій, - сказав шеф, - ви дуже помиляєтеся, якщо думаєте, що такі дурниці допоможуть вам просунутися в БАСФ». Але вийшло якраз навпаки.

Вільгельм, ти не правий!

На рубежі XIX і XX століть Вільгельм Оствальд виступив з ініціативою започаткувати дослідження, з тим щоб розробити методи, які дозволять здійснювати фіксацію азоту повітря. Його підштовхнула до цього не тільки і не стільки продовольча проблема, скільки суміжна з нею проблема виробництва пороху і боєприпасів. У той час основним і практично єдиним освоєним джерелом зв'язаного азоту була чилійська селітра, NaNO3. Ця селітра йшла на отримання димного пороху та азотної кислоти, з якої, у свою чергу, готували бездимний порох (нітроцелюлозу) і вибухівку (трінітрогліцерін, тринітротолуол та інші). У разі війни, тим більше затяжної, Німеччина виявилася б відрізаною від джерела заморської сировини для боєприпасів.

Незадовго до того блокада портів Східного узбережжя США викликала в ході Громадянської війни у південців гостру нестачу пороху. (У ті часи порох робили з калійної селітри, яка ввозилася з Індії.) Південці навіть були змушені вдатися до дідівського способу її отримання в «селітряницях» - спеціальних смітниках, де сеча і нечистоти зброджувати і перегнивали, звільняючи аміак. Аміак тут же нітрифікувався іншими бактеріями, а утворена при цьому азотна кислота і деревна зола, багата на поташ (K2CO3), давали такий необхідний армії продукт. До речі, аналогічним способом виконувало свій громадянський обов'язок і населення Російської імперії за Петра I, якому для реалізації могутніх задумів було потрібно багато пороху. За рік одна селянська родина отримувала приблизно склянку селітри.

Свої заявки на винаходи Оствальд запропонував придбати керівництву БАСФ - компанії, яка зайняла провідне становище в країні після створення промислового синтезу індиго. Але співпраці не вийшло. У 1901 році патент на спосіб окислення аміаку на платині для отримання азотної кислоти керівництво БАСФ відхилило на тій підставі, що він був запатентований ще в 1838 році французом Фредеріком Кульманом. Роком раніше заявку Оствальда на спосіб синтез аміаку з азоту і водню було доручено відтворити юному Бошу . Він з ентузіазмом узявся за роботу і швидко зібрав «машину», так прийнято у німців називати всякі установки. Процес, однак, не пішов. Дізнавшись про це, Оствальд передав компанії каталізатор власного приготування, який був у вигляді сітки із залізної дроту. З ним у Боша виходило трохи аміаку, але на цьому все і закінчувалося. Знаменитий професор, один з перших теоретиків каталізу, встав було в позу ображеного: його результати доручають перевіряти молодому фахівцеві, а той ще й ганьбить його славне ім'я.

Ось тут і стали в пригоді Бошу знання і досвід металурга. Проштудіювавши літературу, він незабаром зміг чітко пояснити невдачу, а виведення підкріпив власними експериментами. Причина була в тому, що цей аміак виходив не з азоту повітря, а з того, що був на дроті у формі нітриду. При подачі на нього синтез-газу, тобто стехіометричної суміші N2 і H2, нітрид відновлювався воднем до металу з виділенням аміаку. Іншими словами, Оствальд отримував аміак всього-на-всього з аміаку, а не з азоту. Коли нітрид кінчався, ніякого аміаку отримувати не вдавалося.

Відношення колег і керівництва до Боша, зрозуміло, змінилося, а він відчув упевненість в собі. Своїй майбутній дружині Ельзі Шілбах він пообіцяв: «Я вирішу проблему азоту!» В БАСФ йому і довелося зайнятися окисленням азоту в електричній дузі, отриманням ціанідів і нітридів. Але це була лише прелюдія.

У 1908 році БАСФ підписала контракт з Фріцем Габером на дослідження синтезу аміаку. Габер незабаром підготував до демонстрації нову «машину». Боша призначили експертом. Він з помічником Алвін Мітташем відправився до Габера в Карлсруе. І тут спрацював «ефект присутності» - машина одразу не завелася, зламався болт. Бош не став чекати і сам повернувся в Людвигсхафен, де розташовувалася штаб-квартира БАСФ. Йому і так було все ясно, директору Генріху фон Брунку він сказав: «Я знаю точно, що може робити сталеливарна промисловість. Треба ризикувати ». Ризик був великий, з'явилися лише перші обнадійливі результати, та й то в лабораторних умовах.

Директор підтримав Боша. Контракт з Габером переписали на більш вигідних для нього умовах, він став у перспективі дуже багатою людиною. А поки що вони з Бошем за кілька тижнів заклали в Людвігсхафені основу дослідного центру. Отримавши згодом місце директора Інституту фізичної хімії кайзера Вільгельма, Габер перебрався до Берліна і відійшов від проблем аміаку.

Аміак і атомна бомба

Створення виробництва аміаку на БАСФ порівнюють з Манхеттенським проектом. Схожість є, хоча багато й відмінностей. Бомба потрібна була за будь-яку ціну, про мирний атом і не думали. Вартість же продуктів з аміаку в мирний час не повинна була, принаймні, перевищувати вартість чилійської селітри. Це обмежувало коло прийнятних рішень. З іншого боку, дійсно, обидва проекти були спрямовані на здобуття стратегічних продуктів свого часу і вплинули на хід військових дій. За рахунок концентрації сил перехід від лабораторних розробок до масштабного виробництва в обох випадках займав два-три роки, а багато знайдених рішень стали самостійним внеском у розвиток науки і техніки.

Обидва проекти завершилися грандіозними вибухами. Ядерний трапився закономірно, в ході випробувань першої бомби. Перший аміачний, порівняний за потужністю з невеликим ядерним зарядом, трапився несподівано для його творців. Але були й інші: на третій день вибухнув перший реактор дослідної установки з виробництва аміаку, на щастя він був в товстостінному бетонному бункері. Пізніше вибухи повторювалися. Товсті стінки дослідних реакторів синтезу аміаку, зроблені з гарматної сталі, руйнувалися зазвичай на третю-четверту добу роботи.

Страждання через реактор

Найбільший творчий внесок Боша в проект БАСФ заключався саме в подоланні труднощів з реактором синтезу. В результаті власних досліджень він швидко поставив правильний діагноз: при високих тисках і температурах сталь насичується воднем і втрачає вуглець з утворенням метану, все це викликає її крихкість: адже саме концентрація вуглецю в кінцевому рахунку визначає рівень міцності сталі. Підбір стійкого металу зайняв би багато часу, до того ж він напевно виявився б занадто дорогим для виготовлення масивних апаратів. Однак у Боша були тісні контакти з металургами і машинобудівниками, і він знайшов просте рішення. Всередину корпусу колони синтезу аміаку, виконаної з конструкційної сталі, вставлявся вкладиш з м'якої, маловуглецевої. При цьому зовнішній шар забезпечував міцність, а притиснений до нього тиском внутрішній шар - герметичність. Між шарами влаштовувалися проточки для видалення дифундуючого водню.

Від пуску першого реактора на дослідній установці в Людвігсхафене в травні 1910 року до початку проектування виробництва пройшло менше двох років. За цей час була створена нова техніка високого тиску: арматура, з'єднання, вузли апаратів і ущільнення, прилади та інше. Для отримання синтез-газу розроблена конструкція великих агрегатів розділення повітря і конверсії вугілля водяною парою. Технологію очищення водню успішно розв'язав молодий інженер Карл Краух. Однак відсутність каталізатора у багатьох викликало песимізм. Осмій, на якому Габеру вдалося отримати хороші показники або уран були екзотикою, їх вистачало хіба що на дослідну установку. За щасливої нагоди Мітташ випробував залізну руду одного зі шведських родовищ. Після відновлення в струмі синтез-газу вона перетворювалася на пористе залізо, а присутні в ній домішки, які Бош назвав промоторами, активували та стабілізували поверхню. Мінерал з Галлівара виявився прототипом технічного каталізатора. Так почалася і продовжується до цих пір епоха змішаних, складних каталізаторів. Всього ж Мітташ до 1922 року випробував близько двадцяти тисяч різних зразків.

У 1913 році, через 16 місяців після початку проектування, в трьох кілометрах від Людвигсхафен на заводі було запущено перше виробництво синтетичного аміаку потужністю 7000 тонн на рік.

Синтетична чилійська селітра

Завод був розрахований на випуск сульфату амонію в якості добрива. Проте з початком Першої світової війни ситуація змінилася. Селітра була оголошена стратегічним продуктом. За узгодженням з військовими БАСФ терміново стала переводити виробництво на випуск нітрату натрію. Необхідне для цього виробництво азотної кислоти було побудовано в стилі Боша - без дослідної установки, за одними лише лабораторними даними і лише за рік. Він вирішив відмовитися від дорогої і дефіцитної платини, а використовувати змішаний каталізатор з оксидів заліза, вісмуту і марганцю, забракованих раніше для синтезу аміаку. У травні 1915 року була отримана азотна кислота, а з неї взаємодією з содою стали виробляти «білу сіль». Незабаром після початку військових дій французи здійснили авіаналіт на завод. Великих руйнувань він не заподіяв, але було ухвалено рішення: надалі розширювати виробництво аміаку на державні субсидії в центрі Німеччини. У серпні 1916 БАСФ підписала з урядом договір, згідно з яким через рік, тобто до серпня 1917 року, нова потужність повинна була скласти 7500 тонн нітратів не на рік, а на місяць! Ударне будівництво продемонструвало темпи, немислимі в мирний час. Наприкінці квітня 1917 року з Лейна, де був побудований новий завод, відправився поїзд з селітрою. На вагоні хтось написав: «Смерть французам».

Деякі історики вважають, що, якщо б у Німеччини не з'явилася синтетична селітра, світова війна скінчилася б років на два раніше. У 1918 році військові дії затихли, але французькі війська увійшли в Рур, і завод опинився в зоні окупації. Бош намагався врятувати все, що можна: документацію, готову продукцію, обладнання та інше. Виробництво селітри залишилося цілим. Французи, звичайно, почали детально розбиратися з технологією оборонного підприємства. Потім тут побували і англійські фахівці. Німецьке ноу-хау перетворювалося на трофей. Бош вигадував все нові відмовки і не запускав завод.

За короткий термін Бош став впливовою фігурою в німецькій хімічної промисловості. Його включили до складу німецької делегації на Паризькій мирній конференції, і там він спробував вирішити деякі приватні проблеми. По карнизу, через колючий дріт, він покинув готель-в'язницю, в яку помістили німецьку делегацію, щоб таємно зустрітися з французькими промисловцями. Результатом нічної зустрічі була угода, за яким Французькій національній корпорації дешево, за 10% від оціночної вартості, передавалася ліцензія на виробництво аміаку за способом Габера - Боша, але БАСФ отримувала невелику премію з кожної виробленої тонни продукту. За такий успішно проведений захід Боша призначили головою БАСФ. Це його не дуже-то радувало, оскільки відривало від улюблених занять - техніки та хімії.

У 1920 році окупація скінчилася, але мирний час настав не відразу. Німецький уряд не зміг виплатити контрибуцію, і окупація повторилася. Завод знову зупинили, Бошу загрожувала французька в'язниця за саботаж. Однак БАСФ поступово перебудовувалася на випуск добрив.

Не порохом єдиним

Створення промислового синтезу аміаку з азоту повітря сучасники відразу ж розцінили як видатне досягнення, і перш за все як засіб підвищення родючості землі і боротьби з голодом. Концентруючи увагу саме на цьому аспекті, Нобелівський комітет після закінчення війни присудив Габеру премію з хімії. У своїх виступах він при отриманні нагороди ні словом не обмовився про свого вчителя Оствальда. Від свого вкладу у вирішенні цієї проблеми Оствальд не відмовлявся, та до того ж він виступив консультантом фірми «Хехст», яка спробувала в суді анулювати патенти БАСФ. У цій історії фігурував ще й Вальтер Нернст, але, оскільки безпосередньо Боша це не стосувалося, не будемо вдаватися в подробиці.

За воєнний період родючість німецьких земель знизилося майже вдвічі. За ініціативою Боша поблизу Людвигсхафена була відкрита агростанція БАСФ, і ще в 1916 році з'явилася своя рецептура добрива у вигляді суміші аміачної селітри (74%) і доломіту - «Kalkammonsalpeter». Очевидно, за довгі роки у відвалах скупчилося близько 8000 тонн нітратів та сульфатів амонію. У 1921 році її взявся реалізувати на добрива підрядник, і злежану масу стали дробити вибуховим способом. Зрештою вибухнуло все. Почувши вибух, Бош відразу ж приїхав. містечко перетворилося на руїни, загинули 560 осіб. Бош призначив комісію і організував комітет допомоги, які відразу ж почали діяти. Керувати відновленням заводу він довірив Крауху. Здоров'я Боша не вистачило на всі перевантаження, і ця катастрофа спонукала в нього найглибшу депресію. Він зник на кілька місяців. Підозрюють, тут-то Бош і почав зловживати міцним алкоголем.

Пізніше він усе ж знайде сили, щоб видряпатися з душевної кризи. Хімія і техніка для нього перейдуть у розряд хобі. На віллі Бош заведе майстерню, лабораторії, дослідну ділянку, збере бібліотеку, колекції комах і мінералів, створить навіть свою обсерваторію. Зустрічі, розмови, візити та інші обов'язки керівника він буде намагатися звести до мінімуму.

Гешефт юбер аллес

Навесні того ж 1921року відбулася ще одна трагічна подія. На Лейнаверці Бош набрав штат експертів, покликаних скоротити непродуктивну витрату робочого часу, вони зайнялися хронометражем. Це послужило детонатором заворушень. Тисячі робітників вийшли на барикади. Серед них були агітатори комуністичного і анархістського порядку, озброєні групи. Протистояння тривало десять днів. Для наведення порядку довелося застосувати артилерію. Були жертви: тридцять робітників та один поліцейський. Бош не вмів вести діалог з профспілками, пішли репресії і жорсткість режиму на заводі. Він був ліберальний, мабуть, йому просто хотілося, щоб в умовах післявоєнної убогості і невлаштованості завод працював злагоджено, як годинниковий механізм. Він аж ніяк не прагнув до нелюдської експлуатації пролетаріату. Щоб чимось захистити своїх робітників в умовах жахливої післявоєнної гіперінфляції, БАСФ випустила свою валюту - «аніліновий долар», адже тоді, в 1923 році, один долар США коштував 4,2 трильйона марок. БАСФ була однією з перших компаній, де з'явився восьмигодинний робочий день при п'ятиденному тижні. Робилося це ніби з ініціативи керівництва компанії.

Наприкінці 1925 року шість фірм об'єдналися в концерн «ІГ Фарбеніндустрі», з них найбільшими були БАСФ, «Байєр», «Агфа» і «Хехст». Концерн очолив Бош. У тому ж році БАСФ придбала патент Фрідріха Бергіуса на виробництво моторного палива. Цей спосіб, «бергінізація», полягає в обробці суспензії вугілля в вуглеводневому маслі воднем при високій температурі і тиску. Бош захопився новою справою, настільки ж грандіозною, як і зв'язування азоту. Бергіус на відміну від Габера сам займався технічною реалізацією, але вона потребувала серйозного доопрацювання. Знайти інвестиції було неможливо, Німеччина перебувала в післявоєнній кризі. Для залучення коштів Бош втягнув у проект американців. Були зроблені перші практичні кроки, але, коли з'ясувалося, що США зможуть забезпечити себе нафтою, співпраця із «Стандарт ойл» призупинилася.

Нова установка бергінізаціі була побудована в Лейні вже в 1927 році. У 1931 році Бошу і Бергіусу присудять Нобелівську премію «за заслуги щодо введення та розвитку методів високого тиску в хімії». У цей же час Гітлер почне перетворювати автомобілізацію всієї країни мало не в національну ідею: швидкісні дороги - автобани, народний автомобіль - «фольксваген», свій «лейнабензін» і своя гума з буна-каучуку (від слів «бутадієн» і «натрій» - необхідних компонентів для його синтезу). Паливо з вугілля виходило набагато дорожчим, ніж з нафти. Проте було ясно: гряде «війна моторів», і за всяку ціну потрібен свій бензин.

Після виборів до рейхстагу 1932 року група промисловців і банкірів підтримала Гітлера. У неї входив і Бош, тільки не Карл, а його дядько Роберт. Карлу потрібні були ділові контакти з владою, пізніше він через комерційного директора ІГ барона Георга Шніцлера направив на підтримку Гітлера 400 тисяч марок. У свою чергу, у грудні 1933 року сам фюрер затвердить угоду з ІГ, за якою річний випуск синтетичного палива в Лейн до 1937 року повинен бути доведений до 300-350 тисяч тонн при повній гарантії протекціоністських заходів.

Гітлер побажав зустрітися з Бошем і уважно вислухав його. Коли ж Бош, скориставшись нагодою, заговорив про те, що державний антисемітизм завдає шкоди науково-технічному потенціалу Німеччини, фюрер грубо обірвав його, майже ошаленів і викликав помічника: мовляв, відвідувач зібрався піти і його треба проводити. Випадок Гітлеру запам'ятався: на одній із зустрічей з промисловцями він зробив так, щоб виступ Боша не відбувся.

Дисидент

Бош не став чи вже не міг приховувати своїх ліберальних поглядів і неприязні до нацизму. Про це знали і в гестапо. Наприкінці січня 1935 року стараннями Макса фон Лауе і Макса Планка в річницю смерті Габера був влаштований вечір його пам'яті. Габер, як відомо, через єврейське походження змушений був залишити фатерланд, втративши тут все. Вечір був викликом нацистам, за всім стежили слідчі. Коли Габер був ще живий, Бош в листі пропонував йому допомогу, а тепер він не тільки був присутній особисто, а й організував поїздку великої групи старих працівників БАСФ з Людвигсхафен в Далем через всю Німеччину. Така людина не могла залишатися на чолі концерну, у тому ж році при зручному випадку його перевели просто в члени ради директорів ІГ. Бош ще більше став прагнути до самоти. Багато часу проводив на своїй віллі, але колишні захоплення, за винятком алкоголю, мабуть, вже не доставляли радості.

Нацисти не були всесильні. Через два роки Боша вибрали головою Товариства кайзера Вільгельма - цей пост звільнився після виходу Планка у відставку. У травні 1939 року його попросили виступити на прийомі в Мюнхенському національному музеї. Близьким він сказав, що не може і відмовиться, пославшись на хворобу. І все ж Бош з'явився в музеї. Він був нетверезим і заходився плутано говорити на захист свободи і незалежності науки, Гітлера згадав один раз, і то в неналежному тоні. Нацисти схоплювалися і з лайкою покидали зал. Бош не був арештований, але цей випадок ще більше посилив його ізоляцію. Він підтримував зв'язок лише з Краухом, який, залишаючись у правлінні ІГ, став тепер помічником Герінга. (За вироком Нюрнберзького трибуналу над керівниками «ІГ Фарбеніндустрі в 1948 році Краух отримав шість років ув'язнення.)

Бош відчував наближення не тільки своєї кончини, але і кінця всьому, що йому було дорогим. Після вторгнення фашистів у Данію і Норвегію Бош сказав синові, який сидів біля його ліжка: «Спочатку у нього (Гітлера) все піде гладко. Франція і, можливо, навіть Англія будуть окуповані. Але потім він принесе найбільшу біду, напавши на Росію. Це буде сходити з рук деякий час. Але потім я бачу щось жахливе. Все буде абсолютно чорним. Небо повне літаків. Вони зруйнують всю Німеччину, її міста, її фабрики, і в тому числі ІГ ». Бош помер за два тижні до вторгнення фашистів у Францію, 26 квітня 1940 року.

Зірка Боша

У 1998 році віллу Боша в Гейдельберзі перетворили на музей. Правда, історичних експонатів тут небагато, в основному реконструкції. Його син після війни відвіз в США 38 дубових ящиків з колекціями. Збірку 25 тисяч мінералів купив Смітсонівський музей у Вашингтоні. Колекція, що містить понад чотири мільйони комах, також осіла у цьому ж музеї. Телескоп, розраду Боша протягом багатьох довгих ночей, переїхав до Тюбінгенського університету - там і сьогодні за його допомогою спостерігають за зоряним небом. Велика наукова бібліотека після війни опинилася на складі в Брукліні. Хтось вчасно не заплатив за зберігання, і книги були розпродані букіністам в роздріб.

На небесній карті з'явилася нова зірочка, точніше, астероїд 7414 Bosch, відкритий в 1990 році в Німеччині. Відкривачі, називаючи астероїд на честь Карла Боша, крім іншого вказують, що він був захопленим астрономом і виконав деякі спектроскопічні та фотометричні дослідження. Був він також відомим покровителем наук, у тому числі астрономії, і підтримував обсерваторію Гейдельберг-Кенігсштуль, Астрономічне суспільство і Ейнштейнівський фонд. Астероїд - не зірка і не планета, але все-таки непогане доповнення до нобелівської медалі.

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus