Карл Бош (; ) — немецкий химик, инженер, заложивший основы промышленного производства аммиака из азота и водорода при высоком давлении (метод Габера-Боша). Разработки Карла Боша были реализованы на базе немецкой химико-технологической компании BASF, построившей первый в мире завод по синтезу аммиака. За работы по методам высокого давления в химии в 1931 году Бош был удостоен Нобелевской премии по химии совместно с Фридрихом Бергиусом. Его участие в Версальском мирном договоре, а также усилия по решению продовольственных проблем после Первой мировой войны сделали его одним из самых влиятельных деятелей немецкой химической промышленности. В 1925 году на базе шести немецких компаний основал IG Farben — крупнейший химико-технологический конгломерат того времени. Под давлением национал-социалистов был вынужден уйти с поста председателя правления IG Farben на должность председателя наблюдательного совета. В последние годы жизни Бош страдал от глубокой депрессии и в 1939 году предпринял попытку самоубийства.
Биография
Ранние годы Карл Бош был первым из семи детей Карла Фридриха Александра Боша (1843—1904), совладельца монтажной фирмы Bosch & Haag в Кёльне, и его жены Паулы, урождённой Либст (1851—1930). Его дядей был промышленник Роберт Бош. Карл Бош рано проявил талант в области естествознания и техники. Он работал слесарем и точным механиком на фирме отца и получил соответствующее образование. Особенно он интересовался химией и владел на заднем дворе собственной химической лабораторией.
После окончания Высшей школы в Кёльне в марте 1893 года он проходил обучение на металлургическом заводе в городе Котценау (современный город Хоцянув в Польше) близ Лигница, где проработал год в литейном, слесарном и столярном цехах.
С 1894 по 1896 год Карл Бош учился металлургии и машиностроению в Шарлоттенбургской высшей технической школе (современный Технический университет Берлина). Во время учёбы в Берлине Бош также посещал лекции по химии Фридриха Рюдорфа, Карла Либермана и Отто Николауса Витта.
С 1896 года изучал химию в Лейпцигском университете и в 1898 году получил докторскую степень за диссертацию, посвящённую реакции конденсации диэтилового эфира ацетондикарбоновой кислоты с бромацетофеноном, которую он изучал в группе Йоханнеса Вислиценуса.
В Лейпциге преподавал Вильгельм Оствальд, который считался одним из основоположников физической химии, к применению которой Бош впоследствии особенно стремился. Термодинамику, а именно точное измерение температуры, исследование фазовых диаграмм, а также изучение кинетики химических реакций он признавал важными основами промышленной химии.
Помимо изучения химии, Бош также увлекался минералогией, зоологией, бактериологией и ботаникой, собирал и препарировал жуков и бабочек, занимался определением растений.
Карьера
В 1899 году Бош поступил в BASF по рекомендации своего отца, где сначала работал вместе с Рудольфом Кничем и Ойгеном Заппером в качестве руководителя завода по производству фталевой кислоты, развитие которого ему было доверено. Книч некоторое время работал над способами получения аммиака. В 1900 году он поручил Бошу проверить патент Вильгельма Оствальда на синтез аммиака из азота и водорода, который тот предложил BASF. Бош обнаружил, что образующийся аммиак был получен из нитрида железа, входившего в состав катализатора, и что патент Оствальда был основан на неверном предположении.
Из-за ограниченных запасов нитрата натрия, необходимого для производства удобрений и взрывчатых веществ, тогдашний председатель наблюдательного совета BASF Генрих фон Брунк поручил Бошу в 1902 году заняться проблемой азотфиксации, то есть получения необходимых соединений азота из воздуха.
Для работы по изучению фиксации азота ему в 1904 году в качестве помощника был назначен Элвин Митташ. Бош в первую очередь сосредоточился на фиксации азота путем образования цианидов и нитридов. Образование цианида бария согласно уравнению
было уже известно к тому времени.
Основываясь на разработках Боша, BASF построила фабрику по производству цианида бария в 1907 году. Образующийся цианид можно было перевести в аммиак путем гидролиза. Однако достигнутые выходы не оправдали ожиданий, и BASF закрыла завод в 1908 году.
Затем Бош начал изучать образование нитрида титана, нитрида кремния и нитрида алюминия в 1908 году. В ходе испытаний было обнаружено, что выход нитридов был улучшен за счет добавления промоторов. Нитриды впоследствии также гидролизовали с получением аммиака. Однако расход энергии для этого метода, равно как и для дугового метода прямого окисления азота, разработанного в то время в BASF, оказался очень высоким и затруднял крупномасштабную реализацию процесса.
Промышленный метод синтеза аммиака (метод Габера-Боша)
BASF поручил Бошу в 1909 году довести ранее обнаруженный в лаборатории Фрицем Габером, профессором технической химии в техническом колледже Карлсруэ, синтез аммиака при высоком давлении и температуре до уровня промышленного производства. Уже тогда было очевидно, что в силу закона действующих масс применение высоких давлений выгодно для повышения выхода аммиака, но в то время ещё не хватало технического опыта для работы с высокими давлениями при одновременно высоких температурах.
При поддержке правления и наблюдательного совета BASF Бош создал собственную лабораторию высокого давления. Параллельно с этим его помощник Элвин Митташ начал систематические поиски катализатора, пригодного для промышленного использования. Первоначально поиск был сосредоточен на катализаторах редких и, следовательно, дорогих элементов осмия и урана. Однако опыты с промоторами, проведенные при испытаниях по производству нитридов, побудили Митташа более внимательно изучить катализаторы на основе железа. Различные добавки он проверил на предмет активации, стабилизации или отравления катализатора.
Ещё в 1910 году Бош и Митташ подали патент на производство катализаторов на основе железа. Благодаря начальным успехам в техническом осуществлении процесса, несмотря на неудачи при строительстве первых реакторов, в 1912 году произошло создание азотного отдела под руководством Боша. Бошу приходилось преодолевать большие технические проблемы, а затраты на разработку были очень высоки. В отдел вошли девять химиков, физик Пауль Людвиг Кристоф Гмелин и ещё 126 сотрудников. Ему подчинялась и вновь созданная в то время аммиачная лаборатория BASF.
Один из вопросов касался долговечности реакторов при высоких давлениях водорода и высоких температурах. Реакторы из углеродистой стали не выдержали этого. Здесь на помощь Бошу пришел его опыт в металлургии. При многочисленных испытаниях реакторов он обычно присутствовал лично. Проведенное им исследование стали лопнувшего реактора показало, что углерод в условиях эксперимента подвергся гидрированию. В результате были созданы реакторы с покрытием из мягкой безуглеродной стали.
Помимо разнообразных металлургических и инженерных вопросов, предстояло решить и вопрос о получении необходимого водорода. Годовой объём производства 100 000 тонн аммиака в год соответствует около полутора миллиардам кубометров водорода. Её удалось решить благодаря разработке реакции сдвига состава водяного газа в сторону водорода Бошем и Вильгельмом Вильдом.
Таким образом, из водяного газа, образующегося при обработке угля горячим водяным паром, путём его взаимодействия с водой был достигнут более высокий выход водорода. В то же время мешающий оксид углерода (II) превращался в диоксид углерода, который удалялся из газовой смеси с помощью промывки.
Преодолев многочисленные проблемы, BASF в 1912 году начала строительство аммиачного завода в Людвигсхафене-на-Рейне. 19 сентября 1913 года была запущена первая установка Габера-Боша. Начальная мощность составляла около 20 тонн аммиака в сутки, в 1914 году уже был достигнут уровень в 40 тонн в сутки.
Для изучения удобрений, полученных из аммиака, Бош основал в 1914 году экспериментальный сельскохозяйственный завод в Лимбургерхофе. Там он начал систематические исследования влияния различных азотных и комплексных минеральных удобрений, таких как нитрат аммония, смесь сульфата аммония и нитрата аммония, мочевина, азофоска и известково-аммиачная селитра на рост растений. Чтобы убедить скептически настроенных фермеров в действенности удобрений, Бош выращивал в течение нескольких месяцев удобренные и не удобренные растения. Съёмка результатов эксперимента была большой сенсацией и убедила многих фермеров в эффективности удобрений. Позже на основе этих кадров в 1922-25 годах был снят фильм Das Blumenwunder (нем. Цветочное чудо) и поставлен в кинотеатрах Германии.
Первая мировая война С началом мировой войны в 1914 году спрос на аммиачные удобрения значительно упал из-за морской блокады и, как следствие, отсутствия доступа к мировому рынку. С другой стороны, получение нитратов для производства взрывчатых веществ приобрело большое военно-экономическое значение. Несмотря на предостерегающие намёки Эмиля Фишера и Вальтера Ратенау, Генеральный штаб поначалу не понял этой связи. По плану Шлиффена, основанному на германских операциях в начале Первой мировой войны, была намечена война в несколько недель. Только после битвы на Марне Генеральный штаб изменил свою точку зрения, рассчитывая на более длительный срок войны. Поскольку к этому времени немецкие запасы нитратов были почти исчерпаны, военное министерство в сентябре 1914 года обратилось к Карлу Бошу.
Он заключил контракт на поставку нитратов, и перевёл производство удобрений на селитру. Хотя до этого момента каталитическое сжигание аммиака было испытано только в лабораторных условиях, в течение короткого времени удалось наладить производство нитратов в Людвигсхафене. В апреле 1915 года BASF вырабатывала уже 150 тонн нитратов в день.
Из-за английской блокады, а также недостаточной для обеспечения военных нужд производительности завода в Людвигсхафене, BASF по предложению Боша 1 мая 1916 г. начала строительство нового аммиачного завода в Лойне. Новый завод располагался недалеко от среднегерманского буроугольного бассейна, обеспечивавшего поставку энергии и сырья. Под руководством Боша строительство было завершено всего за девять месяцев, в том же году он стал членом правления BASF. К концу 1917 года производство было увеличено примерно до 3000 тонн ежемесячно.
В августе 1916 года уже существующий с 1904 года союз компаний Agfa, BASF и Bayer объединился с союзом компаний Hoechst, Cassella и химической фабрики Kalle, а также с компанией DR. E. ter Meer & Cie с образованием «Сообщества немецких фабрик по производству смоляных красок» (нем. Interessengemeinschaft der deutschen Teerfarbenfabriken) — одного из первых немецких трестов. В 1917 году к нему присоединился ещё и химический завод Griesheim-Elektron. Компании-участники остались при этом юридически самостоятельными.
Послевоенный период с 1919 по 1924 год Военные действия в Европе завершились 11 ноября 1918 года с заключением Компьенского перемирия, однако окончательные условия завершения войны были утверждены только в 1919 году с подписанием Версальского мирного договора. Бош в качестве экономического советника участвовал в версальских переговорах. Его миссия состояла в том, чтобы спасти немецкую химическую промышленность. Союзники требовали сдачи химической промышленности Германии, а также уничтожения заводов в Людвигсхафене-Оппау и Лойне. Только завод в Оппау произвел в последний год войны 90.000 тонн нитратов, что составило около пятой части производства нитратов во всём остальном мире.
Бош, недовольный условиями союзников в отношении конфискованных немецких патентов и заводов, во время переговоров отправился в Людвигсхафен, где был избран председателем правления BASF. После избрания он вернулся в Версаль, чтобы продолжить свои усилия по ослаблению союзнических позиций.