С открытием минеральных удобрений жители многих стран мира забыли о голоде. 13 октября ежегодно отмечают Всемирный день удобрений, и дату выбрали не случайно: более ста лет назад в этот день в Германии запатентовали способ получения аммиака из атмосферного воздуха. Почему именно аммиак и азотные удобрения так важны? Чтобы понять это, нам нужно окунуться в историю.
Многие века люди использовали навоз в качестве удобрения, а минеральные удобрения появились сравнительно недавно. Но их влияние на увеличение урожайности нельзя переоценить: по оценкам аналитиков, если в середине ХХ века гектар сельхозугодий «кормил» двух человек, то к 2025 году тот же гектар из-за роста населения должен обеспечить едой пятерых.
Началу применения минеральных удобрений мы обязаны немецкому химику Юстусу Либиху: он отметил, что без минеральных веществ почва истощается, и потому их нужно вносить. В 1840 году исследователь рекомендовал удобрения, богатые калием и фосфором, поскольку считал: азот растения могут получать из воздуха. Соответствующие опыты провалились, и Либих пересмотрел теорию «с поправкой на азот».
Уже со второй половины XIX века строили химические заводы, производящие фосфорные и калийные удобрения. С азотом было сложнее: тогда единственным его массовым источником в связанном виде была чилийская селитра. Доставлять её из-за океана было дорого, да и её запасы были не вечны.
Это подтолкнуло немецкого химика Фрица Габера в 1905 году начать опыты: он пытался синтезировать аммиак из азота воздуха и водорода, чтобы впоследствии получать селитру из него.
Ещё в студенческие годы Габер заинтересовался физической химией и электрохимией благодаря наставничеству Роберта Бунзена (о нём мы уже рассказывали читателям «ВХ» как об изобретателе лабораторной горелки и метода спектрофотометрии). Исследования Габера касались самых различных вопросов, в том числе его интересовала термодинамика промышленных реакций газов. Книга об изысканиях в этой области, увидевшая свет в 1905 году, сделала Габера мировым авторитетом в области науки и технологии.
До него другие учёные также искали способы синтеза аммиака из атмосферного азота. К примеру, в 1901 году французский химик и физик Анри Луи Ле Шателье запатентовал реакцию синтеза аммиака из азота и водорода при высоком давлении и в присутствии катализатора. Химики тогда знали: осуществить синтез напрямую из исходных веществ возможно при температуре 1000℃. Габеру же удалось получить аммиак при 600°С и давлении в 200 атмосфер, используя в качестве катализатора порошкообразный осмий.
Рабочий метод ученый в 1909 году передал в фирму BASF(до сих пор являющуюся крупнейшим в мире химическим концерном), где необходимую для производства аппаратуру создал инженер Карл Бош. В фирме также подобрали новый катализатор для процесса: из 8 тысяч опробованных лучшим показал себя катализатор из плавленого железа с добавками оксидов алюминия, калия и кальция. Он на протяжении 90 лет был основным для синтеза аммиака.
Первый завод, синтезирующий аммиак из азота воздуха, начал работать в 1913 году, а в 1918-м за открытие метода Фриц Габер получил Нобелевскую премию по химии.
На сегодняшний день производство по методу Габера-Боша превышает 100 млн тонн аммиака в год. Этим методом синтеза пользуются в том числе и на Тольяттиазоте.
Ольга Тебенкова для "Волжского химика"
