Карл Бош: инженер, накормивший половину мира

Примерно треть всей пищи, выращиваемой на Земле каждый год, зависит от аммиака, получаемого в результате одной-единственной промышленной реакции, и эта реакция поддерживает почти половину ныне живущих людей. Фриц Габер (Fritz Haber) продемонстрировал её в лабораторных условиях. Карл Бош (Carl Bosch) — квалифицированный металлург, пришедший в красильную компанию младшим химиком, — стал тем, благодаря кому этот процесс существует в масштабах континента, а не лабораторной полки.

Кёльн, металл и машины

Он родился в Кёльне 27 августа 1874 года в семье Карла Фридриха Александра Боша (Carl Friedrich Alexander Bosch), успешного поставщика газа и сантехники, и был племянником Роберта Боша (Robert Bosch), пионера в области свечей зажигания, чьё имя до сих пор красуется на автозапчастях. Семейное ремесло имело значение. В то время как большинство великих химиков той эпохи приходили в индустрию из чистой науки, Бош пришёл в науку через трубы, клапаны и давление.

Его формальное образование отражает эту двойную жизнь. С 1894 года он изучал металлургию и машиностроение в Королевском техническом училище (Königlich Technische Hochschule) в Шарлоттенбурге, которое позже стало Техническим университетом Берлина. Только после этого он переключился на химию, перейдя в Лейпцигский университет для работы под руководством Иоганнеса Вислиценуса (Johannes Wislicenus) и получив докторскую степень по органической химии в 1898 году. Иными словами, он был инженером-механиком, который освоил химию позже — инверсия, которая оказалась решающей. В 1902 году он женился на Эльзе Шильбах (Else Schilbach); у них родились сын и дочь.

Работа начального уровня в BASF

В 1899 году он поступил в компанию Badische Anilin- und Sodafabrik (BASF), крупнейшую на тот момент химическую и красильную фирму Германии, и начал с самых низов. Его первые задания касались синтетического индиго, красильного бизнеса, на котором BASF сколотила состояние. Азот появился позже, как медленно развивающаяся национальная чрезвычайная ситуация: европейское сельское хозяйство зависело от импортной чилийской селитры, и любой серьезный наблюдатель понимал, что поставки конечны, а в военное время могут быть перерезаны любым военно-морским флотом.

Фриц Габер решил химическую задачу в период между 1908 и 1909 годами, продемонстрировав, что атмосферный азот и водород могут быть объединены в аммиак над катализатором при высокой температуре и очень высоком давлении. У Габера был настольный аппарат, производящий капли. Миру требовались тонны.

Проблема масштабирования

В период с 1909 по 1913 год Бош совершил один из величайших актов перевода в промышленной истории. Почти ничто из демонстрации Габера не выдержало контакта с масштабированием, и каждая неудача представляла собой отдельную дисциплину.

Первым препятствием стали катализаторы. Как отмечается в отчете Нобелевского фонда, «катализаторы Габера, осмий и уран, должны были быть заменены контактным веществом, которое было бы дешевле», поскольку осмий — один из редчайших металлов на Земле, а уран — разорительно дорог. Команда Боша провела огромный эмпирический поиск и пришла к чистому железу с промоторами и добавками, решение, которое используется до сих пор.

Затем появились машины, у которых не было прецедентов. Ему пришлось проектировать компрессоры, способные удерживать сотни атмосфер постоянно, а не кратковременно; печи высокого давления, которые не выходили бы из строя катастрофически; источник водорода, достаточно чистый и дешевый, чтобы снабжать завод круглосуточно; и систему для отделения и обработки аммиака на выходе. В 1910 году каждая из этих задач была нерешенной проблемой в области материаловедения и машиностроения, а не химии, и именно благодаря подготовке Боша в Шарлоттенбурге в области металлов и машин он смог увидеть их именно как таковые.

Первый завод по производству азота открылся в Оппау (Oppau) в 1913 году. Значительно более крупный завод Leunawerke под Мерзебургом последовал в 1917 году. Вместе они превратили научный результат в стратегический актив, а процесс Габера — Боша (Haber-Bosch process) — производящий сейчас около 100 миллионов тонн азотных удобрений в год и потребляющий более одного процента всей энергии, генерируемой человечеством, — стал невидимым фундаментом современного сельского хозяйства и последующей Зелёной революции.

Высокое давление как общий метод

Истинное прозрение Боша заключалось в том, что сосуд высокого давления — это не разовое решение для аммиака, а инструмент общего назначения. После Первой мировой войны он распространил ту же инженерию высокого давления на синтез метанола, процесс Боша — Майзера (Bosch-Meiser process) для производства мочевины и гидрирование угля в жидкое топливо с использованием процесса Фридриха Бергиуса (Friedrich Bergius). Это был довод, признанный Нобелевским комитетом по химии в 1931 году, когда премия была присуждена совместно Бошу и Бергиусу «за заслуги по введению и развитию химических методов высокого давления» — первая Нобелевская премия по химии, врученная инженерам за инженерное достижение.

Он поднимался по карьерной лестнице: управляющий директор BASF в 1919 году, руководитель I.G. Farbenindustrie с момента её образования в 1925 году, председатель совета директоров с 1935 года и президент Общества кайзера Вильгельма (Kaiser Wilhelm Society) с 1937 года. Награды накапливались: медаль Либиха (Liebig Medal) в 1919 году, почётная докторская степень в Карлсруэ в 1918 году, кольцо Вернера фон Сименса (Werner von Siemens Ring) в 1924 году, медаль Бунзена (Bunsen Medal), медаль Вильгельма Экснера (Wilhelm Exner Medal) в 1932 году.

Почему Карла называют гением

Речь идёт не о теоретическом прозрении; Бош не открыл ни одного закона природы, и он никогда не претендовал на это. Это более редкая и трудноопределимая способность: держать в голове всю промышленную систему сразу и видеть, что химический результат — это на самом деле металлургическая задача, задача по компрессору, задача по чистоте газа и задача по терморегуляции, надетая в халат химика. Он не просто увеличил аппарат Габера. Он воссоздал каждый его компонент с нуля, из материалов, которые тогда еще надёжно не существовали, и в сжатые сроки.

Нобелевский комитет удостоил его награды за изобретение химии высокого давления как метода, а не за один конкретный продукт. Члены Института инженеров-химиков признали Боша и Габера самыми влиятельными инженерами-химиками всех времён. И простая арифметика — треть продовольствия в мире, половина населения Земли — это тот тип достижений, который обычно приписывают цивилизациям, а не отдельным людям.

Контраргумент также заслуживает упоминания. Фундаментальная химия принадлежала Габеру, а Нобелевская премия Боша была за масштабирование, а не за открытие; существует школа мысли, утверждающая, что это ремесло, каким бы великолепным оно ни было, а не интеллект. И наследие не является чистым. Он создал и возглавил IG Farben, огромный картель, который в декабре 1933 года принял гарантии цены и закупок от правительства Гитлера для расширения производства синтетического нефтяного топлива. И его процесс сегодня потребляет более одного процента мировой энергии и наполняет биосферу реактивным азотом. Гениальность здесь реальна, но она не то же самое, что невинность.

Долгое поражение

Последнее десятилетие было мрачным. Бош верил в открытое международное научное сотрудничество и минимальный государственный контроль над исследованиями — позиции, которые были неприемлемы в нацистской Германии. Он выступал против политики автаркии и репрессий режима с 1933 года и был откровенным критиком антисемитизма, за что его постепенно оттесняли на второй план: его председательство в 1935 году носило в основном церемониальный характер, и его постепенно лишали полномочий. Он погрузился в депрессию и алкоголизм и скончался в Гейдельберге 26 апреля 1940 года.

Его утешения всегда были в другом: он был страстным коллекционером насекомых, минералов и драгоценных камней, одалживал Йельскому университету образцы метеоритов и минералов, которые в конечном итоге купил Смитсоновский институт, и содержал частную обсерваторию. Астероид 7414 носит имя Бош (7414 Bosch). Это достойный памятник человеку, который всю свою трудовую жизнь доказывал, что небо можно собрать как урожай.