Бош (Bosch), Карл

Немецкий химик 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. С ранних лет он хорошо успевал по естественным наукам и техническим дисциплинам и мечтал стать химиком. Уступая, однако, желанию отца, он в течение года работал в разных цехах металлургического завода, а с 1894 по 1896 г. постигал металлургию и машиностроение в Техническом университете в Шарлоттенбурге (теперь это часть Берлина). Закончив его, Бош приступил к изучению химии в Лейпцигском университете и в 1898 г. получил докторскую степень за диссертацию по проблемам чисто органической химии.

В следующем году Бош поступил работать на «Баденскую анилиновую и содовую фабрику» (БАСФ) в Людвигсхафене-на-Рейне, которая принадлежала крупной химической компании, специализирующейся на производстве красителей. Вначале под руководством Рудольфа Книча он помогал разрабатывать процесс производства синтетического индиго в промышленных масштабах. Занявшись проблемой связывания атмосферного азота (образованием химических соединений, содержащих азот, путем использования атмосферного азота), он ставил опыты с цианидами и нитридами металлов. Уровень технической подготовки Боша, его здравые суждения и организаторские способности произвели большое впечатление на руководство БАСФ, и в 1907 г. ему было доверено создать и возглавить экспериментальную лабораторию, предназначенную для проверки эффективности предложенного компании метода производства цианида бария.

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. БАСФ 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. Бошу 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 пришел 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 БАСФ 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°С 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. БАСФ 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. Назначенный в 1919 г. управляющим заводами БАСФ, 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.

В 1925 г. Фридрих Бергиус продал БАСФ 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 БАСФ 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. Этот проект, однако, никогда не был осуществлен в промышленности.

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.

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 Альберта Эйнштейна в Потсдаме. 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.

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.