Съедобная история человечества. Еда как она есть – от жертвоприношения до консервной банки

В своей речи на ежегодной конференции Британской ассоциации по развитию науки, проходившей в 1898 г., английский химик и президент ассоциации Уильям Крукс подчеркнул очевидную актуальность проблемы. Прошло 100 лет после того, как Томас Мальтус предупреждал о том, что «цивилизованные народы подвергаются смертельной опасности оказаться без еды». С тех пор в условиях растущей зависимости Великобритании от импорта пшеницы не было найдено никакой альтернативы, кроме как найти способ увеличить урожайность. «Пшеница требует азота», – заявил Крукс. Но возможности для увеличения использования навоза или бобовых не было, а удобрений, полученных из угля, было недостаточно. Имея в виду чилийскую селитру, он заметил: «Мы тратим капитал Земли, и наши действия не будут одобрены потомками… Азота достаточно в воздухе – если бы только был найден способ, чтобы получить его».

«Фиксация азота имеет жизненно важное значение для прогресса цивилизованного человечества, – отметил Крукс. – Именно химики должны спасти всех, именно в лабораториях голод в конечном счете может быть побежден».

Продуктивный спор

В 1904 г. Фрицу Габеру, тридцатипятилетнему химику-экспериментатору из Высшей технической школы в Карлсруэ, было предложено провести ряд исследований по заданию венской химической компании. Он должен был определить, может ли аммиак быть синтезирован из его составных элементов – водорода и азота. Результаты предыдущих экспериментов были неудачны, и многие думали, что прямой синтез невозможен. Габер и сам был настроен довольно скептически и ответил, что стандартным способом получения аммиака является его добыча из угля, и это самый простой подход. Но он все равно решил попробовать. Его первые эксперименты показали, что азот и водород действительно могут образовывать аммиак при высокой температуре (около 1000 ^°С, или 1832^° по Фаренгейту) в присутствии железа в качестве катализатора. Но доля образовавшегося аммиака была очень мала: между 0,005 и 0,0125 %. Поэтому Габер решил, что ответ на вопрос, возможен ли прямой синтез, положителен, но не имеет практического применения.

И все это так бы и оставалось, если бы не Вальтер Герман Нернст, другой немецкий физикохимик, профессор физической химии в Гёттингене. И хотя он был всего на четыре года старше Габера, Нернст уже был выдающимся ученым, внесшим важный вклад в науку. А кроме этого он изобрел новый вид лампочки на основе керамической нити и электрическое пианино со звукоснимателем в гитарном стиле, хотя ни одно из его изобретений не имело коммерческого успеха. Нернст наиболее известен тем, что в 1906 г. предложил «тепловую теорему» (теперь известную как третий закон термодинамики), которая принесла ему Нобелевскую премию по химии в 1920 г. Проблема была в том, что по прогнозу Нернста доля образовавшегося аммиака составляла 0,0045 %, что было ниже, чем получил Фриц Габер в лаборатории. То есть результат Габера не соответствовал оценке (расчету) Нернста, который и сообщил Габеру об этом несоответствии. Габер повторил свой эксперимент и получил более точный результат: на этот раз доля производимого аммиака составила 0,0048 %. Большинство людей сочли бы это приемлемым и близким значением к прогнозируемому показателю Нернста, но сам он так не считал. Когда Габер представил свои новые результаты на конференции в Гамбурге в 1907 г., Нернст публично оспорил их, предположив, что экспериментальный метод был ошибочным и призвал Габера отозвать как старый, так и новый результат.

Фриц Габер

Габер был очень огорчен этим публичным заявлением более опытного ученого и даже заболел. Он решил, что единственный способ восстановить репутацию – это выполнить новую серию экспериментов, чтобы доказать свою правоту. Во время этих экспериментов он и его помощник Роберт Ле Россиньоль обнаружили, что выход аммиака резко увеличивается, если проводить реакцию при более высоком давлении, но более низкой температуре, чем та, которую они задали в своем первом эксперименте. Они рассчитали, что повышение давления до 200 атмосфер и понижение температуры до 600 ^°С (1112^° по Фаренгейту) должны давать выход аммиака 8 %, а это уже было коммерчески оправданным. Спор с Нернстом показался тривиальным в сравнении с этими результатами и был быстро забыт, а Габер и Ле Россиньоль начали создавать новый аппарат, который, как они надеялись, сможет произвести нужное количество аммиака. В его центре была напорная труба высотой 75 сантиметров и диаметром 13 сантиметров в окружении насосов, манометров и конденсаторов. Габер усовершенствовал свой аппарат, а затем пригласил представителей химической компании BASF, которая к тому времени финансировала его работу.