카를 보슈: 인류 절반을 먹여 살린 공학자

매년 지구에서 재배되는 모든 식량의 약 3분의 1은 단 하나의 산업적 반응으로 만들어진 암모니아에 의존하며, 그 반응은 현재 살아있는 인구의 거의 절반을 지탱하고 있습니다. 프리츠 하버(Fritz Haber)는 이를 실험실 벤치에서 증명했습니다. 염료 회사에 초급 화학자로 입사했던 숙련된 금속공학자 카를 보슈(Carl Bosch)는 이것이 실험실 선반이 아닌 대륙적 규모로 존재하게 만든 장본인입니다.

쾰른, 금속 그리고 기계

그는 1874년 8월 27일 쾰른에서 태어났습니다. 아버지는 성공한 가스 및 배관 공급업자인 카를 프리드리히 알렉산더 보슈(Carl Friedrich Alexander Bosch)였으며, 숙부는 자동차 부품에 여전히 이름이 남아 있는 점화 플러그의 개척자 로베르트 보슈(Robert Bosch)였습니다. 가업은 중요했습니다. 당시의 위대한 화학자 대부분이 순수 과학에서 산업계로 넘어온 반면, 보슈는 배관, 밸브, 압력의 세계에서 과학으로 넘어왔습니다.

그의 정규 교육은 이 이중적인 삶을 반영합니다. 1894년부터 그는 훗날 베를린 공과대학교가 되는 샤를로텐부르크의 왕립 기술학교(Königlich Technische Hochschule)에서 금속공학 및 기계공학을 공부했습니다. 그 이후에야 그는 화학으로 전향하여 라이프치히 대학교로 옮겨 요하네스 비슬리세누스(Johannes Wislicenus) 밑에서 연구했고, 1898년 유기화학 박사 학위를 취득했습니다. 다시 말해 그는 화학보다 기계 공학을 먼저 배운 엔지니어였으며, 이러한 역전은 결정적인 요소가 되었습니다. 그는 1902년 엘제 쉴바흐(Else Schilbach)와 결혼하여 슬하에 1남 1녀를 두었습니다.

바스프(BASF)에서의 첫 직장

1899년, 그는 당시 독일 최대의 화학 및 염료 회사인 바스프(Badische Anilin- und Sodafabrik)에 입사하여 말단부터 시작했습니다. 그의 첫 과제는 바스프의 부를 일군 염료 사업인 합성 인디고와 관련이 있었습니다. 질소는 나중에 다루어졌으며, 느리게 진행되는 국가적 비상사태로 다가왔습니다. 유럽 농업은 수입된 칠레 초석에 의존하고 있었고, 모든 진지한 관찰자들은 그 공급량이 유한하며 전시에는 원하는 해군에 의해 언제든 차단될 수 있음을 이해하고 있었습니다.

프리츠 하버는 1908년에서 1909년 사이에 대기 중의 질소와 수소를 촉매와 고온, 매우 높은 압력 하에서 결합하여 암모니아를 만들 수 있음을 증명하며 화학적 문제를 해결했습니다. 하버가 가진 것은 몇 방울을 생성하는 탁상용 장치였습니다. 세계가 필요로 했던 것은 톤 단위의 생산량이었습니다.

변환의 문제

1909년에서 1913년 사이, 보슈는 산업 역사상 가장 위대한 변환 작업을 수행했습니다. 하버의 시연에서 규모 확장에 적합한 것은 거의 없었으며, 각각의 실패는 별개의 분야를 의미했습니다.

촉매는 첫 번째 장벽이었습니다. 노벨 재단의 기록에 따르면, “하버의 촉매인 오스뮴과 우라늄은 더 저렴한 접촉 물질로 대체되어야 했습니다.” 오스뮴은 지구상에서 가장 희귀한 금속 중 하나였고, 우라늄은 비용이 엄청났기 때문입니다. 보슈의 팀은 방대한 경험적 탐색을 진행하여 여전히 사용되고 있는 촉매 촉진제와 첨가제를 포함한 순수 철을 찾아냈습니다.

그다음은 전례가 없던 기계 장치였습니다. 그는 짧은 시간이 아닌 수백 기압을 지속적으로 견딜 수 있는 압축기, 파국적인 고장이 나지 않는 고압로, 공장을 24시간 가동할 수 있을 만큼 충분히 순수하고 저렴한 수소 공급원, 그리고 암모니아를 최종적으로 분리하고 처리할 시스템을 설계해야 했습니다. 1910년 당시 이 모든 것은 화학이 아닌 재료 및 기계 공학의 미해결 과제였으며, 샤를로텐부르크에서 금속과 기계를 배운 보슈의 훈련이 바로 그가 이것들을 그러한 문제로 볼 수 있었던 이유입니다.

최초의 질소 공장이 1913년 오파우(Oppau)에 문을 열었습니다. 메르세부르크 인근의 훨씬 더 큰 로이나 공장(Leunawerke)이 1917년에 뒤를 이었습니다. 이들은 과학적 결과를 전략적 자산으로 탈바꿈시켰고, 하버-보슈법(Haber-Bosch process)은 현재 매년 약 1억 톤의 질소 비료를 생산하며 인류가 생성하는 모든 에너지의 1% 이상을 소비하는 현대 농업과 뒤이은 녹색 혁명의 보이지 않는 토대가 되었습니다.

일반적인 방법으로서의 고압

보슈의 진정한 통찰은 압력 용기가 암모니아를 위한 일회성 해결책이 아니라 범용 도구라는 점이었습니다. 제1차 세계 대전 이후, 그는 동일한 고압 공학 기술을 메탄올 합성, 요소를 만드는 보슈-마이저 공정(Bosch-Meiser process), 그리고 프리드리히 베르기우스(Friedrich Bergius)의 공정을 사용한 석탄의 수소화 액체 연료 생산에 적용했습니다. 이는 1931년 노벨 화학상이 보슈와 베르기우스에게 “화학적 고압 방법의 발명과 개발에 대한 기여”로 공동 수여되었을 때 인정받은 주장이었으며, 이는 공학적 성과로 엔지니어에게 수여된 최초의 노벨 화학상이었습니다.

그는 그에 따라 승진했습니다: 1919년 바스프 전무이사, 1925년 I.G. 파르벤(I.G. Farbenindustrie) 창립 시 책임자, 1935년부터 이사회 의장, 1937년부터 카이저 빌헬름 협회(Kaiser Wilhelm Society) 회장을 역임했습니다. 1919년 리비히 메달(Liebig Medal), 1918년 카를스루에 명예 박사 학위, 1924년 베르너 폰 지멘스 링(Werner von Siemens Ring), 분젠 메달(Bunsen Medal), 1932년 빌헬름 엑스너 메달(Wilhelm Exner Medal) 등 수많은 영예가 뒤따랐습니다.

카를이 천재라 불리는 이유

문제의 능력은 이론적 통찰력이 아닙니다. 보슈는 어떤 자연 법칙도 발견하지 않았으며, 그렇게 주장한 적도 없습니다. 그것은 더 드물고 이름 붙이기 어려운 것입니다. 전체 산업 시스템을 한 번에 머릿속에 담고, 화학적 결과가 사실은 화학자의 코트를 입은 야금 문제, 압축기 문제, 가스 순도 문제, 열 관리 문제임을 알아보는 능력입니다. 그는 하버의 장치를 단순히 확대하기만 한 것이 아닙니다. 그는 존재하지 않던 재료를 사용하여 마감 기한 내에 첫 원리부터 모든 부품을 다시 설계했습니다.

노벨 위원회는 특정 제품이 아닌 방법으로서의 고압 화학을 발명한 공로로 그에게 상을 수여했습니다. 화학 공학자 협회 회원들은 보슈와 하버를 공동으로 역사상 가장 영향력 있는 화학 공학자로 선정했습니다. 그리고 세계 식량의 3분의 1, 세계 인구의 절반이라는 단순한 산술적 수치는 보통 개인보다는 문명에나 붙을 법한 평가입니다.

반론 또한 언급할 가치가 있습니다. 기초 화학은 하버의 것이었고, 보슈의 노벨상은 발견이 아닌 규모 확장에 대한 것이었습니다. 일각에서는 이것이 지성이 아니라 훌륭하기는 하나 기술적인 숙련도라고 주장하기도 합니다. 또한 그 유산이 깨끗한 것도 아닙니다. 그는 1933년 12월 히틀러 정부로부터 합성유 생산 확대를 위해 가격 및 구매 보증을 수락한 거대 카르텔인 I.G. 파르벤(IG Farben)을 건설하고 이끌었습니다. 그리고 그의 공정은 현재 전 세계 에너지의 1% 이상을 소비하며 생물권에 반응성 질소를 쏟아붓고 있습니다. 여기서 말하는 천재성은 실재하며 결백함과는 같은 것이 아닙니다.

긴 패배

마지막 10년은 암울했습니다. 보슈는 개방적인 국제 과학 협력과 연구에 대한 최소한의 국가 통제를 믿었으며, 이는 나치 독일에서는 용납될 수 없는 입장이었습니다. 그는 1933년부터 나치 정권의 자급자족 및 억압 정책에 반대했고 반유대주의를 공개적으로 비판했으며, 그로 인해 점진적으로 소외되었습니다. 1935년의 의장직은 사실상 명예직이었고, 그는 점차 권한을 박탈당했습니다. 그는 우울증과 알코올 중독에 빠졌고 1940년 4월 26일 하이델베르크에서 사망했습니다.

그의 위안은 항상 다른 곳에 있었습니다. 그는 열렬한 곤충, 광물, 보석 수집가였으며, 훗날 스미소니언 박물관이 구입한 운석과 광물 표본을 예일 대학교에 대여하기도 했고, 개인 천문대를 운영했습니다. 소행성 7414번은 그의 이름을 따서 명명되었습니다. 이는 하늘을 수확할 수 있음을 증명하며 평생을 보낸 사람을 위한 적절한 기념비입니다.