Мировое производство связанного азота уже приближается к 25 миллионам тонн в год, и около 80 процентов его расходуют на получение азотных удобрении, но и этого огромного количества мало. Подсчитано, что для получения оптимальных урожаев на посевных площадях земного шара надо затрачивать около 100 миллионов тонн удобрений. Применяемая уже полвека технология-дорогая и сложная, не обеспечивает ликвидации азотного голода. Усилий для создания новых методов, более экономичных и быстрых, затрачивается очень много. Перспективно получение окиси азота из горячей плазмы в реакторах — плазмотронах или из холодной плазмы в ускорителях электронов высоких энергий, но о практическом применении таких способов говорить еще рано. Также сулит успех использование «патента» бактерий, связывающих азот. Установлено, что для его активизации бактерии тоже используют катализаторы — микродозы переходных металлов и, по-видимому, всем из них предпочитают платину.
Расход ее в промышленности на «связывание» азота оценивают сейчас в 15–20 тонн в год, и вряд ли в ближайшем будущем, даже если «патент» бактерий будет широко использован, удастся расход уменьшить.
Почти одновременно с азотным человечество ощутило и углеводородный голод, порожденный распространением двигателей внутреннего сгорания. Для того чтобы обеспечить их «питание», был создан термическим крекинг-разделение нефти на фракции по температурам кипения. При этом выход наиболее ценной легкой фракции-бензина был мал (ароматические углеводороды, из которых его удается получить, обычно занимают подчиненное место в составе нефти).
Академик Н. Д. Зелинский в 1911 году установил что в присутствии платины происходит ароматизация нефти, входящие в ее состав нафтеновые углеводороды дегидрируются, отщепляют водород и могут быть быстро превращены в ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилол и их производные.
Реализация идеи Зелинского привела к замене термического крекинга каталитическим платформингом — роль в нем платины подчеркнута самим названием.
Этот высокопроизводительный способ обеспечивает переработку колоссальных количеств нефти. Проходя сквозь реактор, она соприкасается с мелкими (до 5 миллиметров), покрытыми дисперсной платной шариками из окиси алюминия. Платина по весу составляет в них менее одного процента, но поверхность соприкосновения с нефтью очень велика и мгновенно происходит чудо: из нафтеновых фракций, которые иными способами не поддаются переработке, удается получить бензин и ароматические углеводороды, незаменимое сырье для синтеза каучука, нейлона, полиэфирных волокон, различных смол — всего сейчас из нефти получают более 5 тысяч синтетических продуктов. Каталитический платформинг сделал возможным получение бензинов высшего качества, с очень высоким октановым числом, что определило возможность увеличить мощность двигателей и уменьшить их размеры.
Механизм катализа нефти, по-видимому, определяется мгновенной жизнью комплексных соединений платины и их преобразованием в углеводороды иной структуры.
За последние годы удалось несколько снизить расход платины на нефтехимический синтез применением риформинга — метода переработки под высоким давлением водорода с меньшей затратой катализатора, но и при этом затрачивается в мире не менее 5 тонн платины в год.
Автомобили по темпу «рождаемости» обгоняют людей, и нет оснований надеяться на снижение темпа. Сейчас по планете бегает более 300 миллионов автомобилей, и каждый из них — это «маленький вулкан» выбрасывающий за год в атмосферу примерно 800 килограммов окиси углерода, 200 килограммов различных углеводородов и 40 килограммов окислов азота (которые, к сожалению, использовать невозможно). Кроме того, каждый автомобиль на бегу поглощает кислорода, как 300 человек. Допустимое содержание окиси углерода — 0,03 милиграмма на литр воздуха, и нетрудно подсчитать, в каких масштабах портят его «маленькие вулканы» на колесах.
Полвека назад авторы «Золотого теленка» призывали пешеходов любить и спасать. Теперь этот призыв утратил юмористический оттенок: спасать приходится не только пешеходов, но и автомобилистов — загазованность улиц стала реальной опасностью. Способы борьбы с нею ясны, но трудно осуществимы. Кардинальное решение только в отказе от бензина, замене его иным, безвредным топливом. А пока реальный путь — улучшение качества бензина и установка на автомобилях «дожигателя» — каталитического нейтрализатора отработанных газов, В нем вредные газы выгорают, соприкасаясь с керамическими шариками, покрытыми дисперсной платиной.
Каталитические нейтрализаторы получают все более широкое распространение. Например, в США на их изготовление в 1976 году было израсходовано около 15 тонн платины-больше, чем на все другие виды катализа, вместе взятые. Ведутся в этом направлении работы и в нашей стране. Стоимость нейтрализатора около 300 рублей (см. «Литературную газету» от 31 января 1979 года).
Вместе с платиной в каталитических нейтрализаторах применяют палладий и другие платиноиды. Надо отметить, что их роль в технике катализа велика и все возрастает. Если платина — универсальный катализатор, то платиноиды, продолжая спортивные сравнения, можно назвать чемпионами в отдельных категориях. Так, палладий — лучший ускоритель реакций соединения различных веществ с водородом, что объясняется уникальной его способностью удерживать этот газ. Осмий эффективнее, чем платина и другие катализаторы, ускоряет гидрогенизацию органических веществ. Рутениевые катализаторы используют для получения глицерина и других многоатомных спиртов из целлюлозы, а также для синтеза синильной кислоты. Иридий в сочетании с никелем лучше других действует при синтезе различных веществ из ацетилена и метана. Этот перечень можно продолжать долго.
Катализаторы, непосредственно не участвуя в реакциях, казалось бы, должны служить вечно, но это далеко не так, потери их при соприкосновении с другими реагентами велики, несмотря на все защитные меры.
В общем расходе платиновых металлов катализаторы составляют почти половину, и доля их растет, опережая все иные виды использования.
Незаменимая посуда. Платиновые сервизы давно уже заняли свое место в музеях, но иная посуда из этого металла — лабораторная, технологическая остается незаменимой. В длинном ее перечне на первом месте по значению вот уже два столетия стоят тигли. «Без них, — как отметил еще Ю. Либих в „Химических письмах“, — состав большинства минералов оставался бы неизвестен».
Сейчас даже трудно представить себе, как мизерны были знания о Земле до появления платиновых тиглей. В земной коре преобладают силикаты. Многие из них удается разложить, перевести в раствор только предварительно сплавив с содой или подвергнув длительной обработке плавиковой кислотой. Только платиновая посуда выдерживает необходимые для анализа силикатов температуры, воздействие паров фтора и других особо активных реагентов.
Применение платиновой посуды расширяло возможности познания, но сопровождалось быстрой гибелью драгоценных тиглей. Постепенно выявилось, что они не универсальны, в них нельзя плавить металлы или вещества, способные их выделять, так как при этом образуются сплавы с платиной. Запрет пришлось распространить на свободные бор, кремний, фосфор, а также на едкие щелочи, цианиды, сульфиды — все они сокращают срок жизни тиглей. К этому же приводит и неумелый нагрев, при очень высокой его температуре платина начинает поглощать углерод из пламени, становится ломкой. Опасно для нее и низкотемпературное, коптящее пламя. Должен быть тигель защищен и снаружи, только платиновая или кварцевая подставка для этого пригодны.