Процес Габера-Боша і Перша світова: як хімія з повітря замінила селітру

Процес Габера-Боша - це промисловий спосіб добувати аміак з азоту повітря й водню, який Фріц Габер (в українській транслітерації також Хабер) і Карл Бош довели до заводського масштабу в 1909-1913 роках. У Першій світовій він урятував Німеччину від «селітряного голоду»: британський флот перерізав ввезення чилійської селітри, без якої не робили ні пороху, ні тротилу, і восени 1914 року стало ясно, що боєприпасів вистачить лише приблизно на шість місяців. Синтетичний аміак із заводів Оппау й Леуна замінив чилійський імпорт, і німецька артилерія продовжила стріляти.

Чому вибухівка залежала від чилійської селітри

Кожен снаряд Першої світової - це, по суті, сполука азоту. Нітрогліцерин, піроксилін і тротил роблять нітруванням, тобто обробкою азотною кислотою, а азотну кислоту до 1910-х років отримували переважно з натрієвої (чилійської) селітри. Головне світове родовище лежало в пустелі Атакама: Чилі стало світовим постачальником азоту для добрив і вибухівки після війни за Тихий океан 1879-1883 років.

Хіміки бачили проблему задовго до 1914-го. У 1898 році британець Вільям Крукс попередив, що запаси селітри вичерпуються, і єдиний вихід - навчитися брати азот прямо з повітря, де його 78% за обсягом. Берлін непокоїло й інше: чилійську селітру Німеччина возила морем, а моря контролював британський флот.

1909-1913: від лабораторного столу до заводу

У 1909 році Габер разом із колегою Робертом Ле Россіньолем отримав аміак з водню й азоту. Реакція оборотна, тому потрібен точний баланс: за високої температури вона йде швидко, але аміак розпадається, за низької - майже зупиняється. Розв'язок - високий тиск, нагрівання й каталізатор. Дослідження фінансувала компанія BASF, яка доручила Карлу Бошу перенести процес із лабораторії до заводських реакторів, а Альвін Мітташ знайшов дешевий залізний каталізатор замість рідкісного осмію.

Ключові цифри процесу:

• Патент отримано в 1910 році.
• Типові умови: близько 200 атмосфер і приблизно 500 °C.
• Перший великий завод в Оппау біля Людвігсгафена запрацював у 1913 році.
• Габер отримував за патентом 1,5 пфеніга за кожен кілограм аміаку.

Гасло тієї епохи - «хліб із повітря» (Brot aus Luft): вперше добрива не залежали від копалин і пташиного посліду. Але той самий аміак вів і до вибухівки.

Як це працює простими словами

Рівняння коротке: N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 - одна молекула азоту й три молекули водню дають дві молекули аміаку. Азот беруть із повітря, а водень на тогочасних заводах отримували з вугілля, тож процес «їв» енергію: що більше аміаку, то більше палива. Саме тому синтез так прив'язаний до вугільних басейнів і великих промислових вузлів. Бошу довелося розв'язати й інженерну задачу: реактори мусили витримувати величезний тиск і водень, що роз'їдає сталь. Це була не менша перемога, ніж саме хімічне відкриття.

Осінь 1914: блокада й шість місяців запасу

Коли почалась війна, Королівський флот перерізав шляхи з Чилі, і восени 1914 року стало зрозуміло: без нових нітратів Німеччина вичерпала б боєприпаси приблизно за півроку. Габер очолив хімічний відділ Управління воєнної сировини Вальтера Ратенау, і ставку зробили на синтетичний азот. Про те, як працювала сама блокада, читайте в статті Ютландська битва і морська блокада.

Схема була такою: аміак окиснювали до азотної кислоти, а з неї робили вибухівку, зокрема тротил. У 1917 році біля Мерзебурга почав працювати ще більший завод Леуна, а в останній рік війни Оппау й Леуна разом дали близько 115 000 тонн синтетичного аміаку. Для порівняння, саме така хімія годувала артилерію Першої світової, яка вистрілювала мільйони снарядів за одну битву.

Скільки це дало війні, історики сперечаються. Одні стверджують, що без аміачного синтезу Німеччина вичерпала б боєприпаси за лічені місяці й війна скінчилась би дуже швидко; інші нагадують, що такі «що було б, якби» - лише припущення. Безсумнівно одне: Габер і Бош зробили німецьку армію незалежною від чилійської селітри, і блокада не змогла зупинити постачання снарядів.

Габер: «хліб із повітря» і «смерть із повітря»

Це була та сама людина. 22 квітня 1915 року під Іпром Габер керував першою масованою газовою атакою хлором, про яку розповідає стаття про хімічну зброю Першої світової. Невдовзі, на початку травня 1915 року, його дружина, хімік Клара Іммервар, наклала на себе руки; вона засуджувала використання науки для створення зброї.

Після війни союзники внесли Габера до списку військових злочинців, і він ненадовго виїхав до Швейцарії. Попри це, Нобелівський комітет присудив йому премію з хімії за 1918 рік «за синтез аміаку з його елементів» (вручену 1919-го), а Бош отримав свою премію в 1931 році. У 1933 році, після приходу нацистів до влади, Габер, який мав єврейське походження, залишив Німеччину й у січні 1934 року помер у Базелі.

Спадщина: від снарядів до добрив

Після війни чилійська селітряна промисловість не витримала конкуренції, і процес Габера-Боша швидко поширився світом, майже не змінившись за сто років. За оцінкою середини 2000-х, щороку з повітря забирають понад 100 мільйонів тонн азоту й перетворюють на добрива. Саме це стоїть за семикратним зростанням світового виробництва їжі та майже чотириразовим зростанням населення Землі в XX столітті.

Тож історія з Першої світової має два боки: той самий синтез, що дав Німеччині вибухівку, нагодував мільярди людей. Про те, як війна змінила життя в тилу, читайте в статті тил Першої світової, а про гроші - у матеріалі скільки коштувала Перша світова.

Що це дає гравцю у Frontkrieg

У Frontkrieg немає окремого ресурсу «селітра»: економіку зведено до семи ресурсів у трьох категоріях - їжа, матеріали й енергія. Але історичний урок той самий: держава тримається, доки не обірвалась лінія постачання, і виживає той, хто вчасно знайшов їй заміну. Практично це означає таке:

• Дефіцит рахується по категорії, а не по окремому ресурсу. Нестачу вугілля можна покрити нафтою чи газом, а нестачу зерна - рибою, тож тримайте щонайменше два джерела в кожній категорії.
• Дефіцит категорії знімає 15 пунктів моралі провінцій по всій державі. Не доводьте до цього: у гайді мораль провінцій у Frontkrieg розібрано, як її піднімати.
• Порт додає +25% виробництва ресурсу провінції, залізниця - ще +10%. Інвестуйте в провінції з ключовими ресурсами раніше, ніж до них дістанеться ворог.
• Техніка й флот щодня їдять нафту, тож без запасу енергії війна швидко зупиняється; деталі в гайді по економіці Frontkrieg.

Спробувати свою «селітряну» стратегію можна безкоштовно в лобі - нова партія стартує щодня. Більше історії та гайдів - у блозі.

FAQ

Що таке процес Габера-Боша?

Це промисловий синтез аміаку з азоту повітря й водню на залізному каталізаторі приблизно за 200 атмосфер і 500 °C. Аміак - основа азотних добрив і, через азотну кислоту, вибухівки.

Чому селітра була така важлива у Першій світовій?

З неї отримували азотну кислоту для пороху, нітрогліцерину й тротилу. Головне родовище було в Чилі, а після британської блокади 1914 року Німеччина лишилась без цього джерела.

Чи правда, що без Габера війна закінчилась би 1915 року?

Це припущення, а не доведений факт. Відомо лише, що восени 1914 року Німеччина без нових нітратів вичерпала б боєприпаси приблизно за шість місяців, а синтетичний аміак закрив цей розрив.

Скільки аміаку Німеччина виробляла наприкінці війни?

За оцінкою, в останній рік війни заводи Оппау й Леуна разом дали близько 115 000 тонн синтетичного аміаку.

Читайте також: Фріц Габер у Вікіпедії. Frontkrieg - безкоштовна гра без pay-to-win, доступна чотирма мовами.