Toată viața știam că Luftgescheft (afacere cu aer – în idiș și germană) înseamnă o afacere iluzorie, neserioasă. Însă doi chimiști geniali, Fritz Haber și Carl Bosch, au demonstrat că din aer se pot produce îngrășăminte chimice care cresc în mod substanțial productivitatea agricolă (dar și explozive!) Astăzi o jumătate din populația globului depinde de aceste îngrășăminte și fără ele, miliarde de oameni ar fi în pericol de foamete.

Aerul pe care îl respirăm cuprinde câteva elemente esențiale vieții: oxigenul, bioxidul de carbon necesar fotosintezei plantelor și alte elemente. Hidrogenul se găsește în atmosferă în cantitate minimă, dar se poate extrage din apă, de exemplu prin electroliză. Azotul reprezintă 78% din aer. El intră în compoziția tuturor organismelor vii. Aminoacizii, proteinele, ARN și ADN conțin azot.

Atomii de azot se combină cu alte elemente formând compuși anorganici precum amoniac, oxizi, acizi, săruri care printre altele sunt utilizați ca îngrășăminte (azotat de amoniu), dar și ca explozive: TNT (trinitrotoluen, trotil) și nitroglicerină. Nitrații sunt folosiți și ca medicamente, mai ales pentru a ameliora durerile de inimă de origine coronariană.

Numai că azotul molecular (N₂) este un gaz inert și cei doi atomi care formează molecula de azot sunt foarte greu de despărțit pentru a obține acești compuși.

Fulgerele eliberează cantități enorme de energie care scindează moleculele de azot din atmosferă. Atomii de azot se combină cu oxigenul din aer, rezultând oxizi de azot. În prezența vaporilor de apă din atmosferă se formează cantități mici de acid azotic.  Acesta cade la pământ odată cu ploaia și împreună cu sodiu sau potasiu, care se găsesc peste tot, formează săruri – azotați (nitrați).

Un mod interesant de a disocia molecula de azot este cel biologic, folosit de microorganismele din rădăcinile plantelor leguminoase (fasole, mazăre, trifoi etc.), care îngrașă pământul în mod natural.

De-a lungul istoriei, oamenii au îngrășat pământul, pentru a-l face mai roditor. Romanii foloseau excremente animale și umane. Civilizația Inca și apoi agricultorii peruvieni îngrășau pământul cu excremente de păsări, sau guano.

Cea mai bogată sursă naturală de azot sunt zăcămintele de salpetru sau azotat de sodiu (în latină sal petrae = sare de stâncă), aflat în abundență în deșertul Atacama din Chile și Peru. Întreaga lume folosea zăcămintele din Atacama, iar exportul lor a fost o resursă economică importantă pentru aceste țări. Concurența dintre ele a dus chiar la un război în 1879-1884: Guerra del Pacífico (Războiul din Pacific), sau Guerra del Salitre (Războiul de Salpetru). Dar în anii 1940, când industria chimică a început să producă aceste materiale mai ieftin și mai eficient, exportul a încetat.

În Primul Război Mondial, forțele aliate încă nu aveau explozive pe bază de nitrați industriali și depindeau de salpetrul natural, pe când germanii fabricau cantități uriașe de explozive industriale. În 1914 a avut loc chiar o luptă pe coasta chiliană a Pacificului: flota germană a blocat exportul de salpetru, iar flota britanică a reușit să-l deblocheze.

Faptul că salpetrul este explozibil a fost observat de către membrii unui trib Indian, care într-o noapte friguroasă din deșertul Atacama au aprins un foc de tabără. Spre surprinderea lor, tot terenul din jur a luat foc cu explozii.

În 1898, Sir William Crookes, președintele Academiei Britanice de Științe, a prezis că prin anii 1930, resursele naturale de nitrați se vor epuiza și foametea va ucide milioane de oameni. Trebuia găsit un mod de a produce amoniac, un compus al azotului cu hidrogen, materia primă pentru a obține acid azotic, îngrășăminte chimice cu azot, explozive, etc.

Doi chimiști geniali

Povestea adevărată a preparării industriale a amoniacului este descrisă în detaliu și într-un mod palpitant în cartea americanului Thomas Hager The Alchemy of Air: A Jewish Genius, a Doomed Tycoon, and the Scientific Discovery That Fed the World but Fueled the Rise of Hitler, (Alchimia aerului: un evreu genial, un magnat fără noroc și descoperirea care a hrănit lumea, dar a dus la ascensiunea lui Hitler), publicată de editura Broadway Books în 2008. Cartea povestește despre doi chimiști geniali, laureați Nobel, evreul german Fritz Haber și colaboratorul său, germanul Carl Bosch. Deși are foarte multe date legate de chimie, cartea este lizibilă și interesantă.

Primele încercări de preparare a amoniacului (NH₃) au fost ale chimiștilor Henry Le Chatelier, Wilhelm Oswald și Walther Nernst, dar ei au produs numai cantități mici, printre altele fiindcă le lipsea catalizatorul potrivit. Procesul de producție a amoniacului lichid pe scară largă a fost elaborat de Haber și Bosch, împreună cu asistenții lor, Robert Le Rossignol și Alwin Mittasch. Cel din urmă s-a ocupat de obținerea catalizatorului.

Primul catalizator folosit de Haber a fost osmiul, un metal foarte rar. (La ora actuală osmiul costă 1500 de lire sterline gramul!) Producția de amoniac a crescut, dar nu suficient, și oricum zăcămintele mondiale de osmiu erau insuficiente. Apoi au încercat uraniul, dar și acesta a fost un eșec. Abia după ani de încercări zadarnice, Mittasch a găsit catalizatorul potrivit, o combinație de fier, aluminiu și calciu.

Hidrogenul necesar reacției se poate obține prin electroliza apei, dar un proces mai eficace este prin acțiunea aburului asupra gazelor naturale sau a hidrocarburilor lichide, sau prin gazeificarea cărbunelui. Astfel se obține „gaz de sinteză”, un amestec de hidrogen și monoxid de carbon.  

Producția amoniacului necesită temperaturi și presiuni foarte ridicate. Haber și Bosch au construit aparatura care să reziste la aceste condiții.

Haber și Bosch lucrau la concernul german Badische Anilin und Soda Fabrik (BASF). Acesta a investit milioane în construcția a două combinate cu peste 14.000 de muncitori, unde se producea amoniac, din care se fabricau nitrați pentru îngrășăminte și explozive. Fabricarea nitraților este foarte periculoasă, au avut loc explozii care au făcut zeci de victime și pagube materiale însemnate, dar totul a fost reconstruit.

***

Fritz Haber (1868-1934) s-a născut la Breslau (astăzi Wroclaw, Polonia) într-o familie de evrei nereligioși. A început studiul chimiei la Universitatea Friedrich Wilhelm din Berlin (astăzi Universitatea Humboldt). Fritz se simțea mai mult german decât evreu, își iubea țara și în 1889 s-a prezentat ca voluntar la artilerie.

După terminarea studiilor, a lucrat la mai multe companii chimice, unde a învățat procesele tehnologice. Și-a început cariera academică la universitatea din Jena. Tot acolo s-a convertit la Luteranism. Apoi s-a mutat la Universitatea din Karlsruhe, unde printre altele a studiat și tehnologia fabricării coloranților sintetici și a textilelor. În curând el a fost numit conferențiar, apoi profesor universitar. Astăzi Haber este considerat unul dintre cei mai importanți chimiști din istorie.

Între 1894-1911, Haber și asistentul lui, englezul Robert Le Rossignol, au elaborat procesul fabricării amoniacului, numit mai târziu procesul Haber-Bosch. Din amoniac se obțin îngrășăminte chimice care au revoluționat agricultura. Pentru această invenție a primit premiul Nobel în chimie în 1918. Amoniacul este și materia primă pentru fabricarea explozivelor. Invenția lui Haber a fost dezvoltată la nivel industrial la BASF de către Carl Bosch. Haber a fost numit președintele Institutului Kaiser Wilhelm din Berlin pentru Chimie Fizică și Electrochimie. În 1953, acest institut a primit numele lui Fritz Haber.

În timpul Primului Război Mondial, Haber a inventat și a coordonat folosirea gazelor toxice pe câmpul de luptă. A fabricat și măști de gaze și filtre pentru soldații germani. Se pare că Haber a preparat și alte gaze toxice, printre care și iperita (gazul muștar). Pe baza studiilor lui, naziștii au fabricat mai târziu gazul Cyklon B, folosit pentru a ucide peste un milion de oameni, în majoritate evrei. Ca un adevărat patriot, Haber a asistat personal și a dat instrucțiuni soldaților cum să folosească gazul clor. Canistrele de gaz erau așezate între tranșeele germane și cele ale forțelor aliate. Când vântul sufla în direcția aliaților, soldații germani își puneau măști și deschideau canistrele. Primul contact cu gazul toxic a făcut nu numai victime, ci și un șoc psihologic. Dar dacă vântul își schimba direcția, gazul revenea spre tranșeele germane. Chiar dacă germanii au pierdut războiul, Haber a fost decorat ca erou. Mulți însă l-au considerat criminal de război.

În 1933, la venirea naziștilor la putere, nu l-a ajutat nici numele, nici prestigiul, nici decorația și nici faptul că s-a creștinat. A fost demis din poziția lui academică fiindcă era evreu. Chaim Weizmann i-a oferit să conducă Institutul de Cercetări Sieff din Rehovot (astăzi Institutul Weizmann). Haber a acceptat, dar nu a mai ajuns să-și ocupe postul. A murit pe drum, la Basel, de insuficiență cardiacă.

***

Carl Bosch (1874 – 1940) a fost un chimist german de renume, printre altele prin contribuția sa la chimia industrială, folosind presiuni înalte, inclusiv procesul Haber Bosch. Pentru aceste realizări a primit premiul Nobel în 1931. A îmbunătățit metoda fabricării benzinei sintetice din praf de cărbune, cu ajutorul unui amestec de hidrogen și monoxid de carbon. A fost printre întemeietorii și conducătorii concernului IG Farben. Considerat un susținător notoriu al celui de-al Treilea Reich, acest concern chimic și farmaceutic a folosit munca sclavilor evrei de la Mauthausen și Auschwitz. Concernul a fabricat și odiosul gaz Zyklon B.

Cu toate acestea Bosch a criticat comportamentul naziștilor față de evrei și a demisionat din concern. A murit de depresie și alcoolism la Heidelberg.

Haber și Bosch au fost oare îngeri sau demoni?

După părerea scriitorului Thomas Hager și a mea personală, contribuția lor esențială care a salvat, salvează și va salva miliarde de oameni de la foamete, prin producția pe scară largă a îngrășămintelor chimice, întrece cu mult pagubele produse prin contribuția lor la fabricarea explozivelor și, în cazul lui Haber, a armelor chimice.

Bibliografie:

https://www.britannica.com/science/nitric-acid

https://www.tfi.org/our-industry/state-of-industry-archive/2017/about-the-industry

https://www.pbslearningmedia.org/resource/nves.sci.earth.nitrate/lightning-produces-nitrates/

https://en.wikipedia.org/wiki/War_of_the_Pacific#:~:text=The%20War%20of%20the%20Pacific,alliance%20from%201879%20to%201884.

https://encyclopedia.1914-1918-online.net/article/nitrate

https://en.wikipedia.org/wiki/Fritz_Haber

https://www.thechemicalengineer.com/features/cewctw-fritz-haber-and-carl-bosch-feed-the-world/

https://www.smithsonianmag.com/history/fritz-habers-experiments-in-life-and-death-114161301/

https://www.britannica.com/biography/Fritz-Haber

https://www.britannica.com/biography/Carl-Bosch

Tiberiu Ezri