(Самый трудный этап синтеза аммиака происходит не в колбе)
В 1908 году настольная установка Хабера и Ле Росиньоля производила около 2 килограммов аммиака в день. Установка работала при температуре от 500 до 550 градусов Цельсия и давлении от 100 до 200 атмосфер, используя осмиевый катализатор.
Молекула азота очень стабильна, поэтому для реакции азота с водородом недостаточно просто смешать два газа. Температура, давление и катализатор должны действовать согласованно; после реакции аммиак нужно отделить, а непрореагировавшие азот и водород — снова направить в цикл.
Эксперименты уже доказали, что азот из воздуха можно связывать в аммиак. Но до завода, способного производить его непрерывно, ещё предстоит решить немало сложных задач.
Первое препятствие — катализатор. Осмий был редким и не годился для крупномасштабного промышленного производства. С 1909 по 1912 год команда Митташа в BASF проводила систематический отбор: было испытано более 2500 катализаторов, и в итоге разработали многокомпонентный катализатор на основе железа с добавками-промоторами. Подбор состоял не в том, чтобы наугад выбрать в периодической таблице элемент подешевле, а в многократной корректировке состава и способа приготовления, чтобы одновременно добиться нужной активности, срока службы и приемлемой промышленной стоимости. То, что было «осуществимо» в лаборатории, должно было превратиться в материалы, которые завод мог закупить и позволить себе использовать.
Второе препятствие было менее очевидным: водород под высоким давлением разрушает сталь. Ранние реакторы из мягкой стали выходили из строя примерно через 80 часов из-за обезуглероживания. Бош решил проблему не простым утолщением стальных стенок: он установил внутри реактора футеровку из мягкого железа и сделал канавки между внутренним и внешним слоями, чтобы проникший туда водород мог выходить наружу.
Теперь понятно, почему выражение «масштабирование эксперимента» не совсем точно. Промышленная установка — это не колба, увеличенная в десять тысяч раз, а заново решённые задачи с катализатором, материалами, давлением, герметизацией и циркуляцией газа. Если хоть один узел не может работать длительное время, впечатляющие лабораторные результаты так и не покинут заводские стены. Вот почему работа Боша не была просто «техническим обеспечением» достижений Габера. Оборудование для работы под высоким давлением само по себе стало частью изобретения.
9 сентября 1913 года завод BASF в Оппау начал работу, его мощность составляла 30 метрических тонн аммиака в сутки. От примерно 2 килограммов в день до 30 метрических тонн — изменилось не только количество, но и появилась возможность воспроизводить и поддерживать промышленный процесс. Сырьё должно было поступать непрерывно, реакция — повторяться снова и снова, оборудование — выдерживать длительную эксплуатацию, чтобы продукция стабильно покидала завод.
Позднее Габер получил Нобелевскую премию по химии 1918 года за синтез аммиака, а Бош вместе с Бергиусом — Нобелевскую премию по химии 1931 года за методы химического синтеза под высоким давлением. Между этими двумя премиями — путь от химической реакции к инженерной системе.
Впоследствии синтез аммиака стал основой производства удобрений, а также использовался для обеспечения поставок нитратов во время войны. У технологии не бывает лишь одного исхода.
В этом изобретении важнее всего помнить не о том, что какой-то гений внезапно нашёл ответ, а о том, как множество людей превратили этот ответ в машину, выдерживающую высокое давление, допускающую замену материалов и способную работать каждый день. Изобретение вышло из колбы благодаря последующей кропотливой работе.