Карл Бош

Карл Бош (нем. Carl Bosch; * 27 августа 1874, Кёльн — † 26 апреля 1940, Гейдельберг) — немецкий химик, инженер и предприниматель, автор технологий промышленного получения аммиака, метанола и синтетического бензина, лауреат Нобелевской премии по химии (1931). Основатель IG Farben.

Биография

Карл Бош родился в Кельне, в семье Паулы (Лиебот) Бош и Карла Боша, преуспевающего торговца, который занимался продажей природного газа и санитарно-технического оборудования. Бош был старшим сыном.

По желанию отца Карл Бош должен был изучать не химию, а металлургию и машиностроение. На одном из металлургических заводов в Силезии он начал знакомиться-с различными областями металлургии. В 1894 г. Карл Бош поступил в Высшую техническую школу в Шарлоттенбурге (теперь это часть Берлина), но вскоре в нем пробудилась сильная тяга к изучению химии. Кроме лекций для студентов-металлургов Карл Бош стал посещать лекции по неорганической, органической и технической химии. Но особенно его интересовала физическая химия, и уже в 1896 г. он перешел на работу во вновь созданный центр этой науки в Лейпциге. Там в 1898 г. он подготовил к защите под руководством И. Вислиценуса докторскую диссертацию, посвященную изучению свойств органических соединений. После недолгой работы в должности ассистента Бош в 1899 г. стал химиком на предприятии компании «Баденские анилиновые и содовые фабрики» (BASF).

В 1907 году Бош создаёт и возглавляет экспериментальную лабораторию, предназначенную для проверки эффективности предложенного компании метода производства цианида бария.

С 1909 по 1913 г. Бош на основании принадлежащего BASF патента Габера разрабатывает технические основы промышленного способа получения аммиака.

Синтез аммиака

Большой прогресс в разработке технологии связывания атмосферного азота был достигнут в 1909 г., когда профессор химии Технического университета в Карлсруэ Фриц Габер синтезировал аммиак из атмосферного азота и водорода. Это достижение открывало широкие возможности для промышленного производства, поскольку аммиак мог служить основой для получения нитрата натрия, важной составной части взрывчатых веществ. Кроме того, когда аммиак поглощается серной кислотой, образуется сульфат аммония — прекрасное удобрение. Метод Габера требовал не только необычайно высоких давления и температуры, но и использования двух редких и дорогих катализаторов — осмия и урана.

В 1909 г. BASF приобрела у Габера патент на разработанный им процесс синтеза и поставила перед Бошем задачу превратить этот способ в промышленно рентабельный. Для решения этой гигантской задачи необходимо было располагать огромным количеством чистого и относительно недорогого газообразного водорода, дешевыми, эффективными и имеющимися в достаточном количестве катализаторами, а также оборудованием, способным выдерживать одновременно и высокие давления, и высокие температуры. Бош и его сотрудникам удалось получить необходимые объемы водорода, выделив его из водяного газа (смеси водорода и окиси углерода, которая образуется при пропускании паров воды над раскаленным углем). Затем они занялись поисками недорогих катализаторов, способных заменить предложенные Габером дорогостоящие осмий и уран. И наконец, Бош усовершенствовал чертежи и конструкцию оборудования, способного выдержать высокие давления и температуры, необходимые для осуществления предложенного Габером процесса.

Самая большая трудность, однако, заключалась в конструкции катализаторной колонны, в которой должна была проходить реакция. После нескольких неудавшихся попыток Бош пришёл к выводу, что при высоких давлении и температуре газообразный водород проходит сквозь железные стены колонны, превращая железо в хрупкий сплав, который в конце концов разрушается. Он решил разделить воздействие температуры и давления, сконструировав двухстенный контейнер, в котором между стенками оставалось ничем не заполненное кольцевидное пространство. Водород диффундировал через внутренний цилиндр, но не через внешний. Металлурги BASF сварили мягкую, хромированную сталь с пониженным содержанием углерода для внутреннего цилиндра, а для внешнего — прочную углеродную сталь. В то время как во внутреннем цилиндре при давлении в 200 атмосфер и температуре 500 °C шла реакция между водородом и азотом, в пространство между цилиндрами под давлением в 200 атмосфер подавалась смесь газообразного водорода и газообразного азота. Таким образом, внутренняя стенка была защищена от резких перепадов давления, а внешняя подвергалась воздействию высокого давления, но не высокой температуры.

В 1913 г. BASF построила в Оппау, близ Людвигсхафена-на-Рейне, первый завод для промышленного производства синтетического аммиака. Здесь Бош создал лабораторию, где проводились исследования каталитических методов, проверялось правило фаз для солевых удобрений, занимались фотохимией и полимеризацией. Он также организовал в Оппау лабораторию биологических исследований, а в 1914 г. в Людвигсхафене — экспериментальную сельскохозяйственную станцию.

Управляющий

Первый вагон-цистерна с аммиаком, произведенным на предприятии в Мерзебурге 1917

С помощью государственных субсидий и разнообразных правительственных мероприятий, направленных на облегчение строительства, под непосредственным руководством Боша в 1917 г. был запущен в эксплуатацию комбинат по производству синтетического аммиака в Лейнаверке.

Полученный аммиак сразу же использовался для производства взрывчатых веществ. Компания BASF с этого времени стала господствующей на внутреннем рынке соединений азота. К началу Второй мировой войны производство азотных соединений в Германии составило 1 миллион тонн — почти треть мировой продукции

Назначенный в 1919 г. управляющим заводами BASF, Бош начал работать над неорганическим методом синтеза метанола.

В то время метанол — высоколетучий растворитель — применялся главным образом для производства формальдегида, исходного материала для получения многих органических соединений, особенно полимеров и удобрений. Образующийся в качестве побочного продукта при переработке углерода метанол по мере сокращения лесных запасов становился все дороже. В 1923 г. Бош и его сотрудники синтезировали метанол, осуществив реакцию окиси углерода и водорода при высоком давлении в присутствии катализатора. Вскоре после этого они нашли оптимальные условия промышленного получения метанола.

Гидрогенизация угля

В 1925 г. Фридрих Бергиус продал BASF патентное право на использование разработанного им процесса гидрогенизации каменного угля. Это был способ превращения каменного угля (который отличается сравнительно высоким содержанием водорода) в жидкое топливо в результате взаимодействия газообразного водорода и угля при повышенных температуре и давлении. Позднее в том же году, когда BASF и шесть других химических компаний слились и образовали концерн «И. Г. Фарбениндустри», Бош был назначен президентом этого нового гигантского химического объединения. Используя опыт, накопленный заводами компании в области катализа, производства водорода и создания оборудования, способного выдерживать высокие давления, Бош предложил своим сотрудникам доказать техническую осуществимость превращений каменного угля в жидкое топливо.

В сентябре 1933 года Карл Бош становится членом «Генсовета экономики» (нем. Generalrat der Wirtschaft).

В 1935 г. Бош стал председателем совета директоров «И. Г. Фарбениндустри», а два года спустя — преемником Макса Планка на посту президента Общества кайзера Вильгельма (теперь — Общество Макса Планка) и занимал эти два поста одновременно.

Бош скончался 26 апреля 1940 г. в Гейдельберге.

Нобелевский лауреат

В 1931 г. Бошу и Бергиусу совместно была присуждена Нобелевская премия по химии «за заслуги по введению и развитию методов высокого давления в химии». Во вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук К. В. Пальмайер обобщил методы, разработанные двумя лауреатами, и описал некоторые практические преимущества этих методов. В частности, он подчеркнул, что синтез аммиака предотвратил рост нехватки удобрений во всем мире, обеспечив замену сокращающихся запасов чилийской натриевой селитры. К 1931 г. долгосрочное значение этой работы для химической промышленности стало очевидным. Помимо того что она способствовала производству метанола, мочевины и других химических веществ, она оказала глубокое влияние на разработку конструкций реакторов и компрессоров, применение контролирующих и стабилизирующих устройств, на использование катализаторов. Пожалуй, еще большее значение имел тот факт, что Бош стимулировал и поддерживал чисто исследовательскую работу над множеством тем.

Помимо Нобелевской премии, Бош был награжден медалью Либиха Германского химического общества и памятной медалью Карла Люга Ассоциации немецких металлургов. Ученому были присвоены почетные степени технических университетов в Карлсруэ, Мюнхене и Дармштадте, а также Галльского университета.

Бош и национал-социализм

Бош неоднозначно относился к нацизму в Германии и лично к самому Гитлеру. Сначала говорил он о Гитлере: «можно лишь раз на него посмотреть, чтобы узнать», но позже высказался о нём как о человеке, «который первым осознал, что безработица — главная экономическая проблема Германии». После того, как Гитлер сделал заявление, что «развитие синтетического бензина — есть главный залог независимости Германии» Бош сказал: «У этого человека ещё больше здравого смысла, чем я предполагал».

Семья

В 1902 г. Бош женился на Эльзе Шилбах. От этого брака у супругов родились сын и дочь. Даже находясь в домашней обстановке, Бош получал удовольствие от научных занятий, таких, как коллекционирование бабочек, жуков, растений и минералов. Он проводил немало часов в своей собственной обсерватории в Гейдельберге, оказывал постоянную финансовую поддержку астрофизической обсерватории в Потсдаме.