Ранее у нас описывали производство азотных удобрений и коснулись процесса Габера-Боша. Не претендуя на подробное изложение, я попробую широкими мазками описать его важность.
Для чего вообще нужен аммиак? Для производства азотных удобрений, азотной кислоты (то есть взрывчатки), полимеров и многого, многого другого; на самом деле, уже сочетание удобрений и взрывчатки говорит обо всём. В 2019 году в мире было произведено около 180 млн т аммиака. Много это или мало? Например, в том же 2019 году вездесущей и крайне необходимой стали выплавили всего-то на порядок больше – 1,87 млрд т. А вот алюминия – около 64 млн т.
Итак, аммиак нужен позарез, и нужно его много. Как его получали раньше? В те времена, когда порох уже был, а вот про аммиак люди ещё не знали, можно вспомнить такую неаппетитную вещь, как сбор мочевины. В 1774 году открыли само соединение, в XIX веке его уже очень активно использовали в химической промышленности, но получали из селитры. В начале XX века селитру активно добывали в Чили; именно перспектива исчерпания запасов заставила химиков искать альтернативы.
Что же сделали перед самой Первой Мировой Габер и Бош? Габер за несколько лет работы смог подобрать термодинамические параметры и катализаторы, которые позволили связать с водородом настолько стабильное вещество, как азот. При двухстах атмосферах, при пятистах градусах по Цельсию, с помощью катализаторов равновесие смещается в сторону аммиака. Бош воплотил промышленное производство аммиака по этому процессу: герметичная конструкция, которая будет непрерывно работать при такой температуре и давлении, выдерживая при этом такое агрессивное вещество, как водород – очень нетривиальная инженерная задача.
Чтобы понять, насколько синтез Габера-Боша оказался эффективен, можно посмотреть на то, что стало с месторождениями селитры: в 1925 году в Чили добывали 2,5 млн т нитратов, в 1934 – всего 800 тыс. т. Цена за тонну сырья в 1925 году была $45, в 1934 – $19.
Можно посмотреть и на объёмы производства. В Первую Мировую войну Германия закрыла потребности в аммиаке с помощью этого химического процесса. СССР, который в 1925 г. начал первые эксперименты с получением аммиака с помощью синтеза Габера-Боша, за 1940 г. уже выработал 338 тыс. т.
Вот примерно так двое химиков избавили мир от риска голода и одновременно обеспечили производство оружия, наладив получение аммиака из атмосферного азота. Ведь получить азот из воздуха элементарно. При сжижении воздуха первым в жидкость превращается кислород, остаётся только его откачать.
P.S. Кроме азота, нужен ещё и водород. А вот о том, как для синтеза Габера-Боша получают водород, мы поговорим немного позже.
Автор: Михаил Митрофанов.