(Статья недели. «ХиЖ» 2009 №11)
150 лет назад родился Карл Бош (1874–1940). По этому поводу повторяем статью А.С. Садовского об этом выдающемся химике и инженере, лауреате Нобелевской премии 1931 года.
Бренд «Бош» теперь многим известен — это электроинструменты и бытовая техника превосходного немецкого качества. Для уха химика более привычно сочетание имен Габер—Бош, стоящее в одном ряду с аналогичными парами вроде Фишер—Тропш, Циглер—Натта и другие. Однако Нобелевскую премию ему дали отнюдь не только за процесс Габера—Боша, а по совокупности заслуг в деле использования высокого давления для химии. Из крупных достижений Боша была еще работа с Карлом Краухом по синтезу метанола. Об этих работах Боша на русском языке опубликованы лишь краткие биографические очерки. Их тональность отличается от биографии, написанной в ГДР и переведенной на русский язык: соотечественники подошли к оценке деятельности Боша с классовых позиций. В тексте, помимо заслуг, говорится о его пособничестве международному империализму вразрез с интересами народа. Предлагаемый очерк написан с простой человеческой позиции.
Семья и школа
Детство Боша прошло в мире железа. Его отец, тоже Карл, занимался в Кельне поставками слесарно-скобяных изделий и газа, а дядя, Роберт Бош, основал фирму «Мастерская точной механики», имеющую теперь фамильный бренд «Бош». Карл был старшим из шестерых детей, и отец, очевидно, надеялся, что он поддержит семейную традицию: после школы направил наследника к своему компаньону на сталеплавильный завод. За год трудового воспитания Карл освоил навыки формовщика, механика, плотника и слесаря. Став после окончания Технического университета в Шарлоттенбурге (в то время пригород Берлина) инженером — механиком-металлургом, Бош сразу же, в 1896 году, поступил в Лейпцигский университет на кафедру органической химии, а через три года определился на работу в БАСФ (Баденская анилиновая и содовая фабрика).
Уже тогда БАСФ превратилась в солидную компанию, располагающую штатом научных сотрудников и экспертов. Молодой Карл Бош явно не вписывался в эту прослойку, держался особняком, любил работать сам, своими руками. Как-то руководитель застал его в лаборатории без галстука, с закатанными рукавами и вспотевшим лицом. Он размешивал что-то в чане. «Дорогой мой, — сказал шеф, — вы очень ошибаетесь, если думаете, что такие глупости помогут вам продвинуться в БАСФ». Но получилось как раз наоборот.
Вильгельм, ты не прав!
На рубеже XIX и XX столетий Вильгельм Оствальд выступил с инициативой начать исследования, с тем чтобы разработать методы, позволяющие осуществлять фиксацию азота воздуха, и сам активно принялся за дело. Его подтолкнула к этому не только и не столько продовольственная проблема, сколько смыкающаяся с ней проблема производства пороха и боеприпасов. В то время основным и практически единственным освоенным источником связанного азота была чилийская селитра, NaNO₃. Эта селитра шла на получение дымного пороха и азотной кислоты, из которой, в свою очередь, готовили бездымный порох (нитроцеллюлозу) и взрывчатку (тринитроглицерин, тринитротолуол и другие). В случае войны, тем более затяжной, Германия оказалась бы отрезанной от источника заморского сырья для боеприпасов.
Незадолго до того блокада портов Восточного побережья США вызвала в ходе Гражданской войны у южан острый недостаток пороха. (В те времена порох делали из калийной селитры, вывозимой из Индии.) Южане даже были вынуждены прибегнуть к дедовскому способу ее получения в «селитряницах» — специальных помойках, где моча и нечистоты сбраживались и перегнивали, освобождая аммиак. Аммиак тут же нитрифицировался другими бактериями, а образующаяся при этом азотная кислота и добавляемая древесная зола, богатая поташом (K₂CO₃), давали столь необходимый армии продукт. Кстати, аналогичным способом выполняло свой гражданский долг и население Российской империи при Петре I, которому для реализации могучих помыслов требовалось много пороха. За год одна крестьянская семья получала примерно стакан селитры.
Свои заявки на изобретения Оствальд предложил приобрести руководству БАСФ — компании, занявшей ведущее положение в стране после создания промышленного синтеза индиго. Но сотрудничества не вышло. В 1901 году патент на способ окисления аммиака на платине для получения азотной кислоты руководство БАСФ отклонило на том основании, что он был запатентован еще в 1838 году французом Фредериком Кульманом. Годом ранее заявку Оствальда на способ синтез аммиака из азота и водорода было поручено воспроизвести юному Бошу. Он с энтузиазмом взялся за работу и быстро собрал «машину», так принято у немцев называть всякие установки. Процесс, однако, не пошел. Узнав об этом, Оствальд передал компании катализатор собственного приготовления, который был в виде сетки из железной проволоки. С ним у Боша получалось немного аммиака, но на этом все и кончалось. Знаменитый профессор, один из первых теоретиков катализа, встал было в позу обиженного: его результаты поручают проверять молодому специалисту, а тот еще и порочит его славное имя.
Вот тут и пригодились Бошу знания и опыт металлурга. Проштудировав литературу, он вскоре смог четко объяснить неудачу, а вывод подкрепил собственными экспериментами. Причина была в том, что этот аммиак получался не из азота воздуха, а из того, что был на проволоке в форме нитрида. Должно быть, у Оствальда на какой-то стадии проволока подвергалась прогреву в аммиаке и поверхность азотировалась, иначе его сетка не содержала бы нитрид железа. При подаче же на нее синтез-газа, то есть стехиометрической смеси N₂ и H₂, нитрид восстанавливался водородом до металла с выделением аммиака. Другими словами, Оствальд получал аммиак всего-навсего из аммиака, а не из азота. Когда нитрид кончался, никакого аммиака получать не удавалось.
Отношение коллег и руководства к Бошу, понятно, изменилось, а он почувствовал уверенность в себе. Своей будущей жене Эльзе Шилбах он пообещал: «Я решу проблему азота!» На БАСФ ему и пришлось заняться окислением азота в электрической дуге, получением цианидов и нитридов. Но это была лишь прелюдия.
В 1908 году БАСФ подписала контракт с Фрицем Габером на исследование синтеза аммиака. У Габера был задел, вскоре он подготовил к демонстрации новую «машину». Боша назначили экспертом. Он с помощником Алвином Митташем отправился к Габеру в Карлсруэ. И тут сработал «эффект присутствия» — машина сразу не завелась, сломался болт. Бош не стал ждать и один вернулся в Людвигсхафен, где располагалась штаб-квартира БАСФ. Ему и так было все ясно, директору Генриху фон Брунку он сказал: «Я знаю точно, что может делать сталелитейная промышленность. Надо рисковать». Риск был большим, появились лишь первые обнадеживающие результаты, да и то в лабораторных условиях.
Директор поддержал Боша. Контракт с Габером переписали на более выгодных для него условиях, он стал в перспективе очень богатым человеком. А пока что они с Бошем за несколько недель заложили в Людвигсхафене основу исследовательского центра. Получив впоследствии место директора Института физической химии кайзера Вильгельма, Габер перебрался в Берлин и отошел от проблем аммиака.
Аммиак и атомная бомба
Создание производства аммиака на БАСФ сравнивают с Манхэттенским проектом. Сходство есть, хотя много и отличий. Бомба нужна была любой ценой, о мирном атоме и не думали. Стоимость же продуктов из аммиака в мирное время не должна была, по крайней мере, превышать стоимость чилийской селитры. Это ограничивало круг приемлемых решений. С другой стороны, действительно, оба проекта были направлены на получение стратегических продуктов своего времени и повлияли на ход военных действий. За счет концентрации сил переход от лабораторных разработок к масштабным производствам в обоих случаях занимал два-три года, а многие найденные решения стали самостоятельным вкладом в развитие науки и техники.
Оба проекта завершились грандиозными взрывами. Ядерный случился закономерно, в ходе испытаний первой бомбы. Первый аммиачный, сопоставимый по мощности с небольшим ядерным зарядом, случился неожиданно для его создателей. Но были и другие: на третий день взорвался первый реактор опытной установки по производству аммиака, к счастью распологавшийся в толстостенном бетонном бункере. Позднее взрывы повторялись. Толстые стенки опытных реакторов синтеза аммиака, сделанные из орудийной крупповской стали, разрушались обычно на третьи-четвертые сутки работы.
Страдания по реактору
Наибольший творческий вклад Боша в проект БАСФ состоял именно в преодолении трудностей с реактором синтеза. В результате собственных исследований он быстро поставил правильный диагноз: при высоких давлениях и температурах сталь насыщается водородом и теряет углерод с образованием метана, все это вызывает ее охрупчивание: ведь именно концентрация углерода в конечном счете определяет уровень прочности стали. Подбор стойкого металла занял бы много времени, к тому же он наверняка оказался бы слишком дорогим для изготовления массивных аппаратов. Однако у Боша были тесные контакты с металлургами и машиностроителями, и он нашел простое решение. Внутрь, например, корпуса колонны синтеза аммиака, выполненной из конструкционной стали, вставлялся вкладыш из мягкой, малоуглеродистой. При этом внешний слой обеспечивал прочность, а прижимаемый к нему давлением внутренний слой — герметичность. Между слоями устраивались проточки для удаления диффундирующего водорода.
От пуска первого реактора на опытной установке в Людвигсхафене в мае 1910 года до начала проектирования производства прошло менее двух лет. За это время была создана новая техника высокого давления: арматура, соединения, узлы аппаратов и уплотнения, приборы и прочее. Для получения синтез-газа разработана конструкция крупных агрегатов разделения воздуха и конверсии угля водяным паром. Технологию очистки водорода успешно решил молодой инженер Карл Краух. Однако отсутствие катализатора, удовлетворяющего техническим требованиям, у многих вызывало пессимизм. Осмий, на котором Габеру удалось получить хорошие показатели, или уран были экзотикой, их хватало разве что на опытную установку. По счастливому случаю Митташ испытал железную руду одного из шведских месторождений. После восстановления в токе синтез-газа она превращалась в пористое железо, а присутствующие в ней примеси, которые Бош назвал промоторами, активировали и стабилизировали поверхность. Минерал из Галливара оказался прототипом технического катализатора. Так началась и продолжается до сих пор эпоха смешанных, сложных катализаторов. Всего же Митташ до 1922 года опробовал около двадцати тысяч разных образцов.
В 1913 году, спустя 16 месяцев после начала проектирования, в трех километрах от Людвигсхафена на заводе в Оппау было пущено первое производство синтетического аммиака мощностью 7000 тонн в год.
Синтетическая чилийская селитра
Завод в Оппау был рассчитан на выпуск сульфата аммония в качестве удобрения. Однако с началом Первой мировой войны ситуация изменилась. Селитра была объявлена стратегическим продуктом. По согласованию с военными БАСФ срочно стала переводить производство на выпуск нитрата натрия. Необходимое для этого производство азотной кислоты было построено в стиле Боша — без опытной установки, по одним лишь лабораторным данным и всего за год. Он решил отказаться от дорогой и дефицитной платины, а использовать смешанный катализатор из оксидов железа, висмута и марганца, забракованный ранее для синтеза аммиака. В мае 1915 года была получена азотная кислота, а из нее взаимодействием с содой стали производить «белую соль». Вскоре после начала военных действий французы совершили авианалет на завод. Больших разрушений он не причинил, но было принято решение: в дальнейшем расширять производство аммиака на государственные субсидии в центре Германии. В августе 1916 года БАСФ подписала с правительством договор, согласно которому через год, то есть к августу 1917 года, новая мощность должна была составить 7500 тонн нитратов не в год, а в месяц! Ударная стройка продемонстрировала темпы, немыслимые в мирное время. В конце апреля 1917 года из Лейна, где был построен новый завод, отправился железнодорожный состав с селитрой. На вагоне кто-то написал: «Смерть французам».
Некоторые историки полагают, что, если бы у Германии не появилась синтетическая селитра, мировая война кончилась бы года на два раньше. В 1918 году военные действия затихли, но французские войска вошли в Рур, и Оппау оказался в зоне оккупации. Бош пытался спасти все, что можно: документацию, готовую продукцию, оборудование и прочее. Производство селитры осталось целым. Французы, конечно, принялись детально разбираться с технологией оборонного предприятия. Потом здесь побывали и английские специалисты. Немецкое ноу-хау превращалось в трофей. Бош придумывал все новые отговорки и не запускал завод.
За короткий срок Бош стал влиятельной фигурой в немецкой химической промышленности. Его включили в состав немецкой делегации на Парижской мирной конференции, и там он попытался решить некоторые частные проблемы. По карнизу, через колючую проволоку, он покинул отель-тюрьму, в которую поместили немецкую делегацию, чтобы втайне встретиться с французскими промышленниками. Результатом ночной сепаратной встречи было соглашение, по которому Французской национальной корпорации дешево, за 10% от оценочной стоимости, передавалась лицензия на производство аммиака по способу Габера—Боша, но БАСФ получала небольшую премию с каждой произведенной тонны продукта. За столь успешно проведенное мероприятие Боша назначили главой БАСФ. Это его не очень-то радовало, поскольку отрывало от любимых занятий — техники и химии.
В 1920 году оккупация кончилась, но мирное время наступило не сразу. Германское правительство не смогло выплатить контрибуцию, и оккупация повторилась. Завод снова остановили, Бошу грозила французская тюрьма за саботаж. Однако БАСФ постепенно перестраивалась на выпуск удобрений.
Не порохом единым
Создание промышленного синтеза аммиака из азота воздуха современники сразу же расценили как выдающееся достижение, и прежде всего как средство повышения плодородия земли и борьбы с голодом. Концентрируя внимание именно на этом аспекте, Нобелевский комитет после окончания войны присудил Габеру премию по химии. В своих выступлениях он при получении награды ни словом не обмолвился о своем учителе Оствальде. От своего вклада в решении этой проблемы Оствальд не отказывался, да к тому же он выступил консультантом фирмы «Хёхст», попытавшейся в суде аннулировать патенты БАСФ. В этой истории фигурировал еще и Вальтер Нернст, но, поскольку непосредственно Боша это не касалось, не будем вдаваться в подробности.
За военный период плодородие немецких земель снизилось почти вдвое. По инициативе Боша близ Людвигсхафена была открыта агростанция БАСФ, и еще в 1916 году появилась своя рецептура удобрения в виде смеси аммиачной селитры (74%) и доломита — «Kalkammonsalpeter». Очевидно, за долгие годы в отвале скопилась некондиция — порядка 8000 тонн нитратов и сульфатов аммония. В 1921 году ее взялся реализовать на удобрения подрядчик, и слежавшуюся массу стали дробить взрывным способом. В конце концов взорвалось все. Была осень, Бош находился в Гейдельберге, в 12 км от Оппау, — БАСФ построила там директорскую виллу. Услышав взрыв, Бош сразу же приехал. Городок превратился в руины, погибли 560 человек. Бош назначил комиссию и организовал комитет помощи, которые сразу же начали действовать. Руководить восстановлением завода он доверил Крауху. Здоровья Боша не хватило на все перегрузки, и эта катастрофа ввергла его в глубочайшую депрессию. Он исчез на несколько месяцев. Подозревают, тут-то Бош и начал злоупотреблять крепким алкоголем.
Позднее он все же найдет силы, чтобы выкарабкаться из душевного кризиса. Химия и техника для него перейдут в разряд хобби. На вилле Бош заведет мастерскую, лаборатории, опытный участок, соберет библиотеку, коллекции насекомых и минералов, создаст даже свою обсерваторию. Встречи, речи, визиты и прочие обязанности руководителя он будет стараться свести к минимуму.
Гешефт юбер аллес
Весной того же 1921 года произошло еще одно трагическое событие. На Лейнаверке Бош набрал штат экспертов, призванных сократить непроизводительную трату рабочего времени, они занялись хронометражем. Это послужило детонатором беспорядков. Тысячи рабочих вышли на баррикады. Среди них были агитаторы коммунистического и анархистского толка, вооруженные группы. Противостояние длилось десять дней. Для наведения порядка пришлось применить артиллерию. Были жертвы: тридцать рабочих и один полицейский. Бош не умел вести диалог с профсоюзами, последовали репрессии и ужесточение режима на заводе. Он был либерален, видимо, ему просто хотелось, чтобы в условиях послевоенной нищеты и неустроенности завод работал слаженно, как часовой механизм. Он отнюдь не стремился к бесчеловечной эксплуатации пролетариата. Чтобы чем-то защитить своих рабочих в условиях чудовищной послевоенной гиперинфляции, БАСФ выпустила свою валюту — «анилиновый доллар», ведь тогда, в 1923 году, один доллар США стоил 4,2 триллиона марок. БАСФ была одной из первых компаний, где появился восьмичасовой рабочий день при пятидневной неделе. Делалось это как будто по инициативе руководства компании, в патерналистическом духе бывшего директора фон Брунка.
В конце 1925 года шесть фирм объединились в концерн «ИГ Фарбениндустри», из них самыми крупными были БАСФ, «Байер», «Агфа» и «Хёхст». Концерн возглавил Бош. В том же году БАСФ приобрела патент Фридриха Бергиуса на производство моторного топлива. Этот способ, «бергинизация», состоит в обработке суспензии угля в углеводородном масле водородом при высокой температуре и давлении. Бош увлекся новым делом, столь же грандиозным, как связанный азот. Бергиус в отличие от Габера сам занимался технической реализацией, но она нуждалась в серьезной доработке. Найти инвестиции было невозможно, Германия пребывала в послевоенном кризисе. Для привлечения средств Бош вовлек в проект американцев. Были сделаны первые практические шаги, но, когда выяснилось, что США смогут обеспечить себя нефтью, сотрудничество со «Стандарт ойл» приостановилось.
Новая установка бергинизации была построена в Лейне уже в 1927 году. В 1931 году Бошу и Бергиусу присудят Нобелевскую премию «за заслуги по введению и развитию методов высокого давления в химии». (Премию следовало бы разделить на троих: ведь В.Н. Ипатьев с 1903 года обстоятельно исследовал гидрогенизацию в автоклаве — «бомбе Ипатьева», о чем было хорошо известно и на Западе.) В это же время Гитлер начнет превращать автомобилизацию всей страны чуть ли не в национальную идею: скоростные дороги — автобаны, народный автомобиль — «фольксваген», свой «лейнабензин» и своя резина из буна-каучука (от слов «бутадиен» и «натрий» — необходимых компонентов для его синтеза). Топливо из угля получалось намного дороже, чем из нефти. Однако было ясно: грядет «война моторов», и любой ценой нужен свой бензин.
После выборов в рейхстаг 1932 года группа промышленников и банкиров поддержала Гитлера. В нее входил и Бош, только не Карл, а его дядя Роберт. Карлу нужны были деловые контакты с властью, позже он через коммерческого директора ИГ барона Георга Шницлера направил в поддержку Гитлера 400 тысяч марок. В свою очередь, в декабре 1933 года сам фюрер утвердит соглашение с ИГ, по которому годовой выпуск синтетического топлива в Лёйне к 1937 году должен быть доведен до 300—350 тысяч тонн при полной гарантии протекционистских мер.
Гитлер пожелал встретиться с Бошем и внимательно выслушал его. Когда же Бош, воспользовавшись случаем, заговорил о том, что государственный антисемитизм наносит вред научно-техническому потенциалу Германии, фюрер грубо его оборвал, почти впал в невменяемость и вызвал помощника: мол, посетитель собрался уйти и его надо проводить. Случай Гитлеру запомнился: на одной из встреч с промышленниками он сделал так, чтобы выступление Боша не состоялось.
Диссидент
Бош не стал или уже не мог скрывать своих либеральных взглядов и неприязни к нацизму. Об этом знали ив гестапо. В конце января 1935 года стараниями Макса фон Лауэ и Макса Планка в годовщину смерти Габера был устроен вечер его памяти. Габер, как известно, из-за еврейского происхождения вынужден был покинуть фатерланд, потеряв здесь все. Вечер был вызовом нацистам, за всем следили сыщики. Когда Габер был еще жив, Бош в письме предлагал ему помощь, а теперь он не только присутствовал лично, но и организовал поездку большой группы старых работников БАСФ из Людвигсхафена в Далем через всю Германию. Такой человек не мог оставаться во главе концерна, в том же году при удобном случае его перевели просто в члены совета директоров ИГ. Бош еще больше стал стремиться к уединению. Много времени проводил на своей вилле, но прежние увлечения, за исключением алкоголя, по-видимому, уже не доставляли радости.
Нацисты не были всесильны. Через два года Боша выбрали председателем Общества кайзера Вильгельма — этот пост освободился после ухода Планка в отставку. В мае 1939 года его попросили выступить на приеме в Мюнхенском национальном музее. Близким он сказал, что не может и откажется, сославшись на болезнь. И все же Бош появился в музее. Он был нетрезв и принялся сбивчиво говорить в защиту свободы и независимости науки, Гитлера упомянул один раз, и то в неподобающем тоне. Нацисты вскакивали и с руганью покидали зал. Бош не был арестован, но этот случай еще больше усугубил его изоляцию. Он поддерживал связь лишь с Краухом, который, оставаясь в правлении ИГ, стал теперь помощником Геринга. (По приговору Нюрнбергского трибунала над руководителями «ИГ Фарбениндустри» в 1948 году Краух получил шесть лет заключения.)
Бош чувствовал приближение не только своей кончины, но и конца всему, что ему было дорого. После вторжения фашистов в Данию и Норвегию Бош сказал сыну, сидящему у его кровати: «Поначалу у него (Гитлера) все пойдет гладко. Франция и, возможно, даже Англия будут оккупированы. Но затем он принесет самую большую беду, напав на Россию. Это будет сходить с рук некоторое время. Но потом я вижу что-то ужасное. Все будет абсолютно черным. Небо полно самолетов. Они разрушат всю Германию, ее города, ее фабрики, и в том числе ИГ». Бош скончался за две недели до вторжения фашистов во Францию, 26 апреля 1940 года.
Звезда Боша
В 1998 году виллу Боша в Гейдельберге превратили в музей. Правда, исторических экспонатов здесь немного, в основном реконструкции. Его сын после войны отвез в США 38 дубовых ящиков с коллекциями. Собрание 25 тысяч минералов купил Смитсоновский музей в Вашингтоне. Коллекция, содержащая свыше четырех миллионов насекомых, также осела в этом же музее. Телескоп, утешение Боша в течение многих долгих ночей, переехал в Тюбингенский университет — там и сегодня с его помощью наблюдают звездное небо. Большая научная библиотека после войны оказалась на складе в Бруклине. Кто-то в срок не заплатил за хранение, и книги были распроданы букинистам в розницу.
На небесной карте появилась новая звездочка, точнее, астероид 7414 Bosch, открытый в 1990 году в Германии. Открыватели, называя астероид в честь Карла Боша, помимо прочего указывают, что он был увлеченным астрономом, выполнившим некоторые спектроскопические и фотометрические исследования. Был он также известным покровителем наук, в том числе астрономии, и поддерживал обсерваторию Гейдельберг-Кёнигсштуль, Астрономическое общество и Эйнштейновский фонд. Астероид — не звезда и не планета, но все же неплохое дополнение к нобелевской медали.
Кандидат химических наук
А.С. Садовский
См. также:
Вальтер Нернст и Фриц Габер: пересечение параллелей
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/hij_kiosk.shtml
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал
– Редакция «Химии и жизни»
