33. Процесс Габера — Боша

Это был союз блестящих научных умов. Клара Иммервар только что стала первой женщиной в Германии, получившей докторскую степень в области химии. Это потребовало упорства. Женщинам запрещалось учиться в Университете Бреслау, поэтому у каждого лектора по отдельности она просила разрешения присутствовать на занятиях в качестве гостя. Затем обивала пороги, чтобы ее допустили к экзамену. Присуждая докторскую степень, декан сказал: «Наука приветствует любого человека, невзирая на пол». После чего подверг эту благородную мысль сомнению, отметив, что обязанность женщины — заниматься семьей, и он надеется, что это не заря новой эры[442].

Клара не видела причины, по которой замужество должно было помешать карьере, но ее ждало разочарование. Мужу оказалась больше нужна хозяйка званых ужинов, чем равный специалист. Некоторое время Клара читала лекции, но вскоре узнала, что, по всеобщему мнению, их для нее пишет муж, и потеряла охоту к этому занятию. Он работал, заводил знакомства, путешествовал и флиртовал, а она сидела с ребенком. Неохотно, с обидой она отодвинула свои профессиональные амбиции в сторону.

Мы никогда не узнаем, чего достигла бы Клара Иммервар, если бы отношение к женскому полу в Германии начала ХХ века было иным. Но мы можем догадаться, чего она ни за что не стала бы делать. В отличие от мужа, она не стала бы пионером в области применения химического оружия. Чтобы помочь Германии победить в Первой мировой войне, он с энтузиазмом отстаивал использование хлора против войск Антанты. Она обвинила его в варварстве. Он ее — в предательстве. После первой ужасающе эффективной хлорной атаки под Ипром в 1915 году его сделали армейским капитаном. Она взяла его пистолет и застрелилась[443].

Клара и Фриц Габер прожили в браке четырнадцать лет. Через восемь лет после свадьбы Габер совершил прорыв, который многие теперь называют самым значительным изобретением ХХ века. Без него население планеты было бы в два раза меньше[444].

Речь идет о процессе Габера — Боша, использовании азота из воздуха для производства аммиака, из которого затем можно получать удобрения. Растениям нужен азот; наряду с калием, фосфором, водой и солнечным светом это один из базовых факторов их роста. В природе после смерти растений содержащийся в них азот возвращается в почву и используется новыми растениями. Сельское хозяйство нарушает этот цикл: растения собирают и поедают.

С первых дней развития сельского хозяйства фермеры придумывали различные способы предотвращения падения урожайности путем возвращения азота на поля. Азот содержится в навозе и в компосте. В корнях бобовых живут бактерии, которые восполняют запасы азота в почве, поэтому полезно включать в севооборот горох и фасоль[445]. Но этими методиками сложно в полной мере удовлетворить потребность растений в азоте; просто добавьте больше, и рост улучшится.

Химики открыли этот факт лишь в XIX веке. Тогда же они выяснили, что, по иронии, азот составляет целых 78 процентов воздуха, но в этой форме растения его использовать не могут. Находящийся в воздухе азот содержит два тесно связанных друг с другом атома, а растениям нужны атомы в соединении с каким-нибудь другим элементом, например в виде оксалата аммония, который содержится в гуано — птичьем помете, или в виде нитрата калия, также известного как селитра (это основной ингредиент пороха). Запасы гуано и селитры были найдены в Южной Америке. Там эти вещества добывали, развозили по миру и закапывали в почву. Но к концу века специалисты начали задумываться, что произойдет после того, как эти резервы окажутся исчерпанными. Вот если бы удалось преобразовать азот из воздуха в доступную растениям форму!

Как это сделать, придумал Фриц Габер. Отчасти им руководило любопытство, отчасти патриотизм, который позже привел его к идее химического оружия, а отчасти обещание выгодного контракта с химической компанией BASF. Инженер этой корпорации Карл Бош сумел воспроизвести процесс Габера в промышленном масштабе. Позднее оба получили Нобелевскую премию. В отношении Габера это решение было неоднозначным, так как тогда многие считали его военным преступником.

Процесс Габера — Боша, наверное, самый значительный пример того, что экономисты называют технологическим замещением. Когда кажется, что человечество достигло какой-то базовой физической границы, находится обходной путь. На протяжении большей части истории человечества, чтобы прокормить больше людей, требовалось больше земли для увеличения количества пищи. Но, как однажды пошутил Марк Твен, проблема с землей заключается в том, что ее перестали производить. Процесс Габера — Боша предложил решение: вместо земли надо производить азотные удобрения. Это напоминало алхимию. Как говорят немцы, brot aus luft, или хлеб из воздуха. Точнее, «хлеб» из воздуха и довольно большого количества ископаемого топлива.

Прежде всего, нужен природный газ в качестве источника водорода, с которым азот связывается, образуя аммиак. Еще нужна энергия для создания крайне высокой температуры и давления. Габер открыл, что все это, да еще катализатор, необходимо, чтобы разорвать связи в атомах содержащегося в воздухе азота и «убедить» их связаться с водородом. Представьте жар как в печи для пиццы и давление как на двухкилометровой морской глубине. Для того чтобы создать такие условия в масштабе, достаточном для производства 160 миллионов тонн аммиака в год, большинство из которого идет на удобрения, процесс Габера — Боша сегодня поглощает более 1 процента всей энергии в мире[446]. Это очень большие выбросы углекислого газа, и проблема далеко не только экологическая. Лишь часть азота — вероятно, всего 15 процентов[447] — попадает из удобрений через урожай в желудки людей. Большая часть оказывается в воздухе или воде, что плохо по целому ряду причин. Такие соединения, как оксид азота, — мощные парниковые газы. Они загрязняют питьевую воду. Они вызывают кислотные дожди, которые закисляют почвы, выводя из равновесия экосистемы и угрожая биоразнообразию. Когда соединения азота попадают в реки, они стимулируют рост определенных организмов. В результате, например, в океане появляются «мертвые зоны», где цветущие у поверхности водоросли блокируют солнечный свет и убивают рыбу на глубине[448].

Процесс Габера — Боша — не единственная, но важная причина этих проблем, и от этого никуда не деться: по прогнозам, спрос на удобрения в грядущем столетии удвоится[449]. Ученые все еще не понимают в полной мере, как превращение такого количества стабильного, инертного азота из воздуха в различные высокореактивные химические соединения повлияет на окружающую среду в долгосрочной перспективе. Мы живем в условиях глобального эксперимента[450].

Один из его результатов уже очевиден: много еды для очень большого количества людей. Если посмотреть на график роста населения планеты, видно, как оно увеличилось именно тогда, когда начали широко применять удобрения Габера — Боша. Но это не единственная причина резкого роста урожаев: свою роль сыграли и новые сорта растений, например пшеницы и риса. Тем не менее, даже если представить, что во времена Фрица Габера были доступны лучшие методы ведения сельского хозяйства, Земля могла бы прокормить примерно четыре миллиарда человек[451]. В настоящее время население насчитывает около семи с половиной миллиардов, и, хотя темпы роста замедлились, он не прекращается.

Когда в 1909 году Фриц с триумфом продемонстрировал свой аммиачный процесс, Клара задумалась, стоят ли плоды гения мужа ее собственной жертвы. «То, чего Фриц достиг за эти восемь лет, — печально писала она подруге, — потеряла я»[452]. Она едва ли могла себе представить, к каким глобальным переменам приведет его работа: в одной колонке — пища для миллиардов новых человеческих душ, в другой — огромный дисбаланс, для решения которого потребуется еще больший гений.

Сам Габер ожидал совсем других последствий от своей работы. В молодости он перешел из иудаизма в христианство, и ему до боли хотелось, чтобы его признали немецким патриотом, каким он сам себя считал. Помимо применения хлора как химического оружия, Германии в Первой мировой войне помог и процесс Габера — Боша. Из аммиака можно делать не только удобрения, но и взрывчатые вещества. Из воздуха получается не только хлеб, но и бомбы. Однако когда в 1930-х годах к власти пришли нацисты, никакие заслуги не смогли перевесить еврейского происхождения. Лишенный работы и изгнанный из страны, Габер умер сломленным в швейцарской гостинице.