— Единственным методом повышения урожайности — говорил Крукс, — является внесение удобрений, главным образом — соединений азота. Только азот способен гнать растения в рост, только азот дает растению жизненные силы, только азот спасет от голода. Но вот ирония судьбы: мы живем на дне колоссального океана азота — наша атмосфера на четыре пятых состоит из этого газа, а для удобрения почвы вынуждены пользоваться чилийской селитрой, которую ввозим из-за океана и которая поэтому обходится нам втридорога. Но если бы только дороговизна селитры была причиной ее дефицитности! Мы построили бы тогда гигантские пароходы, мы бы перевозили селитру на громадных воздушных шарах. Ибо ничто не может считаться чрезмерным, когда речь идет о спасении человечества от голода.
А голод надвигается, он неминуем, господа! Чилийская селитра на исходе. По самым оптимистическим подсчетам, ее едва хватит на три десятка лет. И я не знаю, что будет на Земле к тысяча девятьсот тридцатому году. Не знаю!..
Ученый говорил правду. У него были веские основания для беспокойства. Чилийская селитра таяла не по годам, а по дням. И маститый физик действительно не знал, что будет дальше. Не знал он и того, что пройдет всего 10 лет, и будет найден способ связывания атмосферного азота в аммиак — простейшее соединение азота и водорода.
Сегодня, в 1984 году, мы знаем, что мрачные предсказания Крукса, к счастью, не подтвердились. Этим «к счастью» мы обязаны химикам, которые сумели заставить ленивый азот вступать в различные реакции. На первое место здесь должна быть поставлена реакция азота с водородом, при которой образуется аммиак.
Впрочем, некоторые из этих реакций были известны химикам давно. Так, они знали, что азот соединяется с кислородом при пропускании через смесь этих газов электрической искры. Об этом мы писали еще в первой главе, когда вспоминали опыты Кэвендиша. Но количество электроэнергии, затрачиваемой на производство соединений азота этим способом, так огромно, а стоимость удобрений, получаемых при этом, так баснословно велика, что Круксу даже не приходила мысль, что когда-либо можно будет использовать электричество для производства азотных удобрений. Да и сейчас, когда по сравнению с прошлым веком стоимость электроэнергии во всех странах резко понизилась, химики тоже не могут позволить себе роскошь добывать азотные удобрения с помощью электрического разряда.
Но и другие способы связывания атмосферного азота ненамного дешевле метода электрической искры. Вот хотя бы получение аммиака из азота и водорода.
Прежде всего добывают чистый азот. Для этого в сложных и энергоемких установках превращают воздух в чрезвычайно холодную и дымящую жидкость. Затем жидкий воздух запускают в специальные аппараты, где эту своеобразную смесь разделяют на компоненты — азот и кислород. Сооружение этих аппаратов и их эксплуатация отнюдь не удешевляют процесс производства соединений азота.
Затем надо получить водород. Для этого чаще всего прибегают к электролизу воды. Тут необходимо затратить очень много электроэнергии: ведь при разложении каждых 18 граммов воды образуется всего 2 грамма водорода.
Как видим, уже затрачено много труда и электроэнергии, но еще продукта нет, а получены только исходные вещества для его синтеза.
Смесь азота и водорода запускают в аппараты, где поддерживаются температура около 600 градусов и давление около 1000 атмосфер. В этих условиях, да еще с применением специального катализатора образуется первое из промышленных соединений азота — аммиак.
Окисляя аммиак с помощью специальных катализаторов, можно получить окислы азота, а уж из последних второе из важнейших соединений азота — азотную кислоту.
Соединения азота необходимы современной промышленности — не только сельскому хозяйству. Не случайно почти в каждом учебнике химической технологии приводится фраза о том, что уровень цивилизации общества определяется количеством потребляемых соединений азота.
Без азотной кислоты не работает ни одно химическое предприятие. Без аммиака нельзя было бы производить сотни различных веществ и материалов. А потом… Нет, в самом деле, очень обидно — жить на дне азотного океана и испытывать такую нужду в соединениях этого, в сущности, очень распространенного элемента. Вот уж поистине — видит око…
После того шквала технических и химических терминов, какой я обрушил на читателя, нетрудно представить совсем простую установку. Труба, обычная труба. В одно отверстие трубы засасывается воздух. Из другого отверстия выходят… окислы азота. Внутри трубы ничего нет. Абсолютно гладкие стенки.
Вы спрашиваете, из какого материала сделана труба? Из нержавеющей стали. Но если бы труба была сработана из стекла, платины, золота или из хрома, право, ничего не изменилось бы. Она так же исправно превращала бы воздух в окислы азота. Ну, а окислы азота, будучи поглощены щелочью, и есть превосходное азотное удобрение. Поэтому следует отнестись к этой трубе с уважением: она заслуживает того, чтобы назвать ее заводом для производства азотных удобрений.
Затрата энергии? Только на засасывание воздуха. Транспортные расходы? Только на подвозку щелочи, которая поглощает окислы, да на доставку готового продукта на поля. Обслуживающий персонал? Один человек, которому очень скучно, потому что забот у него нет никаких: мотор, засасывающий воздух, работает исправно, а все остальное происходит само по себе. Нет, этот дяденька, обслуживающий трубу, — вовсе не старик Хоттабыч и даже не дипломант Академии хиромантии и оккультных наук. Это скромный техник, окончивший трехмесячные курсы по производству удобрений.
Где такая труба существует? Где готовят техников, добывающих удобрения из воздуха? Существует эта труба вместе с ее хозяином в моей фантазии. Но выдумал я ее не от желания пофантазировать. Это просто наглядная схема, только выраженная не в рисунке, а, быть может, в несколько пространном словесном изложении. Но мне важно было, чтобы все это читатель понял как можно лучше.
Впрочем, о самом главном я не упомянул. А самое главное — это находящаяся в трубе небольшая ампула, которая и наделяет ее поразительной способностью заставлять азот и кислород реагировать друг с другом. В ампуле радиоактивный изотоп кобальта с атомной массой 60. Он испускает гамма-лучи, которые и творят это химическое чудо.
Сталкиваясь с молекулами азота, гамма-лучи ионизируют их, разбивают на отдельные атомы. Дальнейшая картина уже знакома. Насколько ленивы и инертны атомы азота, связанные в молекулу, настолько энергичны и активны атомы этого элемента, существующие порознь. Вот почему они немедленно реагируют с молекулами кислорода, всегда находящегося поблизости: ведь воздух — это смесь азота и кислорода.
Вот и весь процесс связывания атмосферного азота. Я, конечно, выразился не совсем точно, утверждая, что этот процесс не требует затраты энергии. Но расходуется лишь «даровая» энергия — энергия радиоактивного распада: радиоактивный кобальт отдает ту избыточную энергию, которую накопил в ядерном реакторе.
От приведенной только что общей схемы до ее промышленного воплощения еще многие «километры» пока нерешенных проблем. Возможно, будущая установка для радиационно-химического превращения азота в окислы азота не будет походить на нашу схему-трубу. И скорее всего она будет более сложной. Но все-таки с гордостью можно отметить, что сегодня экономисты уже не занимаются тревожными подсчетами, вычисляя, на сколько лет хватит чилийской селитры. Нынче экономисты заняты более веселым делом: они подсчитывают расходы и доходы, связанные с внедрением радиационно-химического синтеза соединений азота. А там, где в дело входят экономисты — там дело будет: эти люди менее всего склонны к фантазиям.
Есть такая поговорка: «Против природы-матушки не пойдешь!» Не любят эту унылую поговорку химики, ох как не любят! Но если при данных условиях данная реакция не протекает, то что тогда делать? И впрямь «не пойдешь»!
«Не пойдешь»?
В ракету загрузили тонну горючего, что позволило ей развить скорость 4 километра в секунду. Спрашивается, сколько горючего необходимо загрузить в ракету, чтобы сообщить ей первую космическую скорость — 8 километров в секунду?