Цена изобилия: фиксировано на азоте

Jul 12, 2023

Рядом с извилистой рекой Миссисипи на юго-востоке Луизианы комплекс Дональдсонвилл, принадлежащий CF Industries, возвышается над 1400-акровым комплексом в стиле стим-панк. Гигантские градирни, резервуары, печи, трубы и дымовые трубы выдыхают пар, а иногда и утечки аммиака, что может привести к изоляции местного населения.

Ночью колоссальный комплекс выглядит как небольшой город. Множество ярких огней направляют рабочих в оживленном улье химического производства. Около 1000 работников завода помогают производить около 8 миллионов тонн азотной продукции в год для сельского хозяйства и других отраслей промышленности. Аммиак, аммиачная селитра, карбамид и выхлопные жидкости дизельных двигателей отгружаются с комплекса трубопроводами, железнодорожным, автомобильным транспортом, а также речными и океанскими баржами.

По данным компании, предприятие CF в Дональдсонвилле является крупнейшим заводом по производству аммиака в мире. Аммиак, состоящий из трех атомов водорода, связанных с атомом азота, является частью процесса синтеза азота. Среди питательных веществ «большой тройки» коммерческих удобрений – азота, фосфора и калия – азот имеет решающее значение для построения белков, которые, в свою очередь, строят ткани большинства живых существ.

ПРОЧИТАЙТЕ БОЛЬШЕ: Специальный отчет WUFT — Цена изобилия

Азот, один из наиболее распространенных химических элементов, составляет 78% воздуха. Без него не могут жить растения, животные и люди. Но они также не могут использовать его в газовой форме. Это нужно «исправить». В природе решение проблемы происходит медленно, поскольку растения и микроорганизмы преобразуют атмосферный азот в аммиак. В прошлом столетии фиксат также использовался для промышленных целей в так называемом процессе Хабера-Боша, который объединяет азот из воздуха с водородом под чрезвычайно высоким давлением для создания аммиака.

В 1918 году этот процесс принес немецкому химику Фрицу Габеру Нобелевскую премию по химии за «чрезвычайно важные средства улучшения стандартов сельского хозяйства и благосостояния человечества». Столетие спустя, по оценкам демографов, только половина из 8 миллиардов человек, живущих сейчас на планете, могла бы прокормиться без синтетических азотных удобрений.

Но то же самое питательное вещество, которое питает миллиарды людей, может также привести к гибели в результате химического оружия, взрывов на заводах или передозировки в окружающей среде. При чрезмерном внесении на фермах избыток азота стекает в водные пути, где он питает водоросли, которые размножаются, блокируют свет и лишают других растений и животных кислорода.

«Нет сомнений в том, что азотные удобрения приносят огромную пользу обществу, увеличивая производство продуктов питания, которыми можно накормить миллиарды людей во всем мире, в том числе в развивающихся странах», — сообщил весной этого года проект «Экологическая целостность», призывая к более строгому регулированию промышленности из-за угроз общественной безопасности и окружающей среде. «Но чрезмерное применение химических удобрений также влечет за собой издержки для окружающей среды, и этот вред увеличивается, когда производство химикатов плохо регулируется».

В начале 20-го века фермеры в Европе и США полагались на импорт, такой как селитра из Чили и огромные горы гуано из Перу, в качестве источника фиксированного азота. Открытие Габером производства синтетического аммиака изменило мир, сказал физик Бенджамин Джонсон из Института истории науки Макса Планка в Берлине.

В то время происходил крупный энергетический переход на ископаемое топливо. Сельское хозяйство переживало индустриализацию. Люди были в восторге от изобретения Хабера, но сложнее всего было его масштабировать, говорит Джонсон, автор книги 2022 года «Производство аммиака: Фриц Хабер, Вальтер Нернст и природа научных открытий».

В том же году, в 1908 году, он запатентовал свое открытие, химическая компания BASF заключила с Хабером контракт на разработку промышленного синтеза аммиака под высоким давлением. К проекту был привлечен инженер-химик BASF Карл Бош. Ему пришлось построить завод и механику, способные выдерживать сильное давление газа и температуру. Компании Bosch «пришлось придумать специальные кожухи, чтобы удерживать эту газовую смесь под давлением и сохранять ее герметичность, чтобы печи под давлением не сломались», — сказал Джонсон.