Styczniowe „Mówią Wieki” o najważniejszym wynalazku XX stulecia

Ojcem najważniejszego wynalazku XX wieku był pochodzący ze Śląska Fritz Haber. Kojarzony przez niektórych głównie z powodu opracowania technologii produkcji cyklonu B, urodził się w kupieckiej rodzinie we Wrocławiu (wtedy Breslau).
Piotr Rataj, który na łamach magazynu „Mówią Wieki” przypomniał dokonania Habera, wyjaśnił, z jakimi problemami zmagał się świat na przełomie XIX i XX wieku. Coraz większa populacja, zwłaszcza w szybko rosnących miastach zachodniego świata wymagała bardziej efektywnego niż przez wiele poprzednich stuleci sposobu produkcji żywności. Szansą na poprawę plonów było nawożenie gleby. Kluczowe było dostarczenie niezbędnego do wzrostu roślin azotu. Kraje, które go posiadały np. w postaci saletry potasowej prawie z dnia na dzień się bogaciły lub padały łupem mocarstw mających ochotę na przechwycenie tych bogactw. O dostęp do nich Chile stoczyło wojnę z Boliwią, odcinając ten kraj od morza.

Potrzeba było jednak łatwiejszego i tańszego dostępu do azotu. Rozwiązanie podpowiedział w słynnym wykładzie z 1898 roku brytyjski chemik i fizyk William Crookes: należało uzyskać azot z powietrza. 

CZYTAJ TAKŻE

C czyli nauka na rozdrożu

Azot był tym bardziej pożądany, że służył nie tylko jako nawóz. Często używano go jako utleniacza, a więc podstawowego składnika materiałów wybuchowych. Znacznie większa podaż tego pierwiastka dzięki chilijskiej saletrze i z innych źródeł umożliwiła rozwój nowych rodzajów materiałów wybuchowych w ostatnich dekadach XIX wieku. Rosnąca strategiczna zależność państw od eksportu saletry z Chile – nie tylko dla rolnictwa, lecz także dla wojska – wywołała obawy przed wyczerpaniem tych złóż, a także odcięciem od dostaw w razie wojny. Były one szczególnie silne w Niemczech, które importowały najwięcej saletry z Chile i mogły zostać łatwo odcięte od morza. Nie dziwi więc, że to właśnie tam podjęto najintensywniejsze próby rozwiązania problemu wiązania azotu z powietrza. Na przełomie XIX i XX wieku Niemcy – z najbardziej rozwiniętym przemysłem chemicznym i wypracowanymi metodami współpracy przemysłu z nauką – były krajem najlepiej do tego przygotowanym.

Dzięki rozwojowi chemii w XIX wieku udało się upłynnić azot (w 1883 roku po raz pierwszy dokonali tego Polacy – Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski) czy rozwinąć przemysłowe metody separacji składników powietrza i ich skraplania – dokonał tego Niemiec Carl von Linde na przełomie XIX i XX wieku. Było to ważne na drodze do opracowania sposobu wiązania azotu z powietrza.

Pierwszym rozwiązaniem okazała się synteza cyjanamidu wapnia (inaczej azotniaku, zawierającego 18–22 proc. azotu) z karbidu i azotu. Na przełomie XIX i XX wieku tę metodę rozwijali głównie Niemcy – Adolf Frank i Nikodemus Caro, dlatego nosi ona nazwę Franka-Caro. 

Piotr Rataj w styczniowym magazynie „Mówią Wieki” przypomniał, że ulepszył ją (obniżając temperaturę reakcji) Polak Ferdynand Edward Polzeniusz. Proces był drogi, wymagał wielkich ilości energii do produkcji karbidu (w piecach elektrycznych, w których łączono wapno palone i koks), a potem do syntezy karbidu i azotu w wysokiej temperaturze. Mimo to od 1905 roku działały fabryki azotniaku, w których wykorzystywano metodę Franka-Caro, a jedną z największych była ta otwarta w 1918 roku w Królewskiej Hucie, czyli dzisiejszym Chorzowie. Po przejęciu części Górnego Śląska przez Polskę w 1922 roku była to pierwsza fabryka nawozów sztucznych w kraju.

CZYTAJ TAKŻE

Prof. Morawski: Zakłady w Tarnowie były wzorem dla innych inwestycji II RP

Naukowcy szukali też innych sposobów na pozyskanie azotu. Zwrócili uwagę na to, że gleba powoli odzyskuje ten pierwiastek podczas burz, kiedy pioruny rozbijają cząsteczki niereaktywnego azotu na pojedyncze atomy reaktywnego azotu. Próbowano zatem powtórzyć ten proces w laboratoriach, łącząc pod wpływem energii elektrycznej azot i tlen z powietrza (właściwie spalanego) w tlenek azotu w elektrycznych piecach łukowych. Tlenek azotu był następnie przekształcany w kwas azotowy, który po reakcji z wapieniem dawał azotan wapnia (17 proc. azotu), ten zaś można było stosować jako nawóz. 

Metodę tę rozwijali od początku XX wieku m.in. Norwegowie Kristian Birkeland i Samuel Eyde, a w Szwajcarii Polacy – Józef Wierusz-Kowalski i przyszły prezydent Polski Ignacy Mościcki. 

Sukces był tylko częściowy – Szwajcarii udało się wprawdzie uniezależnić od dostaw saletry z Chile, ale produkt okazał się zbyt drogi, by zawojować rynki.

W 1904 roku Fritz Haber, pochodzący z Wrocławia (wtedy Breslau) profesor chemii na politechnice w Karlsruhe rozpoczął badania, które doprowadziły do lepszego wyniku.
Zajął się zagadnieniem syntezy amoniaku (gazu o wzorze chemicznym NH3) z jego podstawowych składników: azotu i wodoru. Reakcja była katalityczna, tzn. zachodziła w układzie z dodaną substancją – katalizatorem – przyspieszającą reakcję. Okazało się, że reakcja dawała za mało amoniaku, by warto było dalej zajmować się tym problemem.

Chemik opublikował wyniki swoich prac w 1905 roku, a rok później został powołany na katedrę elektrochemii na politechnice w Karlsruhe. Wtedy też wynik syntezy amoniaku uzyskany przez Habera publicznie zakwestionował znany fizyk Walter Nernst, co nadszarpnęło reputację świeżo mianowanego profesora i skłoniło go do powtórzenia doświadczeń. Pomagał mu w tym asystent, Anglik Robert Le Rossignol. Obaj skupili się na uzyskaniu takiej równowagi ciśnienia i temperatury reakcji, która dawałaby dużo amoniaku, oraz na tym, by cały proces był ekonomicznie opłacalny. Najniższe możliwe ciśnienie pozwalało zminimalizować koszt energetyczny syntezy, ale musiało zostać zrównoważone niższą temperaturą reakcji, co zmniejszało ilość produktu. Należało też znaleźć lepszy katalizator, efektywny w niższej temperaturze.

Kolejny krok udało się zrobić dzięki koncernowi BASF (Badische Anilin- und Soda-Fabrik). To największe w tamtym okresie przedsiębiorstwo chemiczne na świecie w 1908 roku zawarło z Haberem umowę – wypłacano mu 6 tys. marek rocznie na badania, a w przypadku uzyskania patentów miały się one stać własnością BASF w zamian za 10 proc. dochodów.

Haber szybko doszedł do wniosku, że elektryczne „spalanie powietrza” nie jest rozwiązaniem ekonomicznym – w przeciwieństwie do syntezy amoniaku przy wysokim ciśnieniu. Niezbędną aparaturę laboratoryjną zbudował Le Rossignol – były to m.in. żelazna tuba, konwertor (lub też reaktor), w którym zachodziła reakcja, i specjalne zawory umożliwiające kontrolę przepływu gazów. W 1909 roku Haberowi udało się znaleźć lepsze katalizatory, osm i uran, a podczas prób z ich użyciem uzyskano taką ilość amoniaku (ponad 6 proc.), która mogła być opłacalna komercyjnie. W lipcu tego roku Haber zademonstrował proces specjalistom z BASF. Kierownictwo koncernu miało jednak wątpliwości, czy uda się zbudować przemysłową aparaturę mogącą wytrzymać ciśnienie wymagane przez proces Habera.

Wątpliwości rozwiał Carl Bosch, wszechstronnie wykształcony inżynier BASF. Poza chemią studiował także mechanikę i metalurgię, wiedział zatem, że zbudowanie odpowiednio wytrzymałych wielkich konwertorów było możliwe. To on miał nadzorować prace nad przystosowaniem laboratoryjnej, mieszczącej się na stole aparatury Habera do rozmiarów fabrycznych.

Jego zespół musiał zbudować niespotykane wcześniej wysokociśnieniowe konwertory i całą dodatkową aparaturę: sprężarki, pompy, rury i zawory, a także od podstaw opracować urządzenia pomiarowe dla całej aparatury.

W procesie syntezy amoniaku niezbędne były azot i wodór o wysokiej czystości. Ten pierwszy względnie małym kosztem uzyskiwano dzięki metodzie Lindego, dużo trudniej było jednak o czysty wodór. Ze względu na obfitość węgla w Niemczech Bosch zdecydował się na użycie jako źródła wodoru gazu wodnego (syntezowego) powstałego w wyniku reakcji koksu i pary wodnej. Gaz ten był potem schładzany, by usunąć tlenek węgla i inne zanieczyszczenia. Proces był drogi i niewydajny, wkrótce jednak został ulepszony przez BASF.

Bosch działał w niezwykłym tempie. Już w 1912 roku we wsi Oppau, położonej 3 km na północ od siedziby koncernu w Ludwigshafen, rozpoczęto budowę pierwszej fabryki amoniaku według metody Habera--Boscha. Zakład rozpoczął pracę we wrześniu 1913 roku, syntetyzując ponad 10 ton amoniaku dziennie. Z czasem stawiano w nim kolejne, coraz większe konwertory, a produkcja rosła. Choć amoniaku można używać bezpośrednio jako nawozu, to BASF zamierzało przekształcać go w wygodniejszy w aplikacji siarczan amonu (21 proc. azotu w postaci stałych granulek) poprzez rozpuszczenie amoniaku w kwasie siarkowym.

Jak przewidywano, po wybuchu pierwszej wojny światowej Niemcy zostały odcięte od morskich dostaw saletry z Chile. Wyliczono, że jeśli nie podejmie się żadnych specjalnych działań, już wiosną 1915 roku wojsku kajzera skończy się amunicja. Z powodu blokady morskiej BASF straciło zamorskie rynki zbytu i część surowców do produkcji barwników, nie było więc wyjścia – fabrykę w Oppau przestawiono z produkcji nawozu, siarczanu amonu, na wytwarzanie kwasu azotowego do wyrobu materiałów wybuchowych. Było to jednak korzystne zarówno dla niemieckiej machiny wojennej, jak i dla koncernu, który tym samym zmienił główny profil produkcji. W 1915 roku Francuzi – zdając sobie sprawę ze znaczenia fabryki BASF – zbombardowali Oppau, postanowiono zatem zbudować nową wielką fabrykę wykorzystującą podczas produkcji metodę Habera-Boscha w głębi Niemiec. Wybrano miasteczko Leuna w zagłębiu węgla brunatnego w Saksonii-Anhalt. Już w kwietniu 1917 roku rozpoczęto produkcję, a zakład rozbudowywano tak szybko, że wkrótce stał się największą fabryką chemiczną na świecie. Dzięki metodzie Habera-Boscha Niemcom nie zabrakło materiałów wybuchowych, co wydatnie przedłużyło wojnę. Sam Haber, chcąc przyspieszyć koniec konfliktu i wykorzystując swoją chemiczną specjalizację, zasłynął jako pionier w produkcji gazów bojowych (i z tym jest głównie kojarzony do dziś). Mimo powszechnego oburzenia na rozwijanie tej barbarzyńskiej broni w 1918 roku otrzymał Nagrodę Nobla (za proces syntezy amoniaku), a Bosch został wyróżniony tą nagrodą za dostosowanie procesu Habera do skali przemysłowej w 1931 roku.

Nawozy azotowe uzyskiwane dzięki metodzie Habera-Boscha przyjmowały się wolno, choć na mocy traktatu wersalskiego w 1919 roku BASF wybudowało fabrykę amoniaku we Francji. Wkrótce powstały kolejne – w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych. W Polsce w 1930 roku z inicjatywy prezydenta Mościckiego wzniesiono fabrykę, w której stosowano metodę Habera-Boscha, w Mościcach pod Tarnowem.

Choć z czasem pojawiły się nowe metody, proces Habera-Boscha wciąż jest najbardziej rozpowszechnionym sposobem wiązania azotu z powietrza. Nie da się przecenić jego znaczenia we współczesnym świecie. Dzięki niemu – jak to obrazowo przedstawił w magazynie „Mówią Wieki Piotr Rataj - uzyskujemy chleb z powietrza. 

W tym samym, styczniowym numerze tego miesięcznika Michał Kopczyński napisał o tym, jak zmieniający się poziom życia wpływał na fizyczny wygląd człowieka. Przypomniał, że w XVIII wieku przeciętny mieszkaniec Ameryki Północnej był znacznie wyższy od Europejczyka. Co ciekawe, w połowie kolejnego stulecia Amerykanie stali się niżsi od swoich przodków. Miało to – jak uważają badacze tego problemu – związek z industrializacją.
W Europie najwyżsi byli Norwegowie (169 cm), a tylko o kilka milimetrów ustępowali im Szwedzi oraz Duńczycy. W Hiszpanii i Włoszech przeciętna wysokość ciała mężczyzn wynosiła 162–163 cm, ale i tak większa niż w Galicji (161 cm) i Królestwie Polskim (o 2 cm mniej). Poprawa warunków życia sprawiła, że mieszkańcy tych ziem pod koniec XIX wieku byli wyżsi, ale z kolei ci urodzeni w Kongresówce podczas okupacji niemieckiej (w czasie I wojny światowej) byli niżsi.

W innym artykule na łamach styczniowego numeru magazynu „Mówią Wieki” Maciej Krawczyk napisał o światowej karierze ziemniaka. Podkreślił, że bez niego wzrost populacji świata w ostatnich wiekach byłby niemożliwy. 
Przypomniał, że sprowadzone z Ameryki w Europie ziemniaki sadzono początkowo w ogródkach jako roślinę ozdobną. Z czasem przeznaczano ją na paszę dla zwierząt. 

W XVII wieku w Europie uprawą ziemniaków zajmowali się głównie mnisi, choć jednocześnie Kościół (zarówno katolicki, jak i prawosławny) był jednym z głównych przeciwników upowszechnienia ziemniaka jako pokarmu. Powodem było jego rzekomo diabelskie pochodzenie
We Francji aż do połowy XVIII wieku uprawa ziemniaków w celach spożywczych pozostawała zakazana. Jako pierwszy docenił je król Fryderyk Wielki. Szykując się do wojny, która przeszła do historii pod nazwą siedmioletniej, 24 marca 1756 roku wydał proklamację, przestawiając gospodarkę rolną swojego kraju z uprawy zboża na kartofle. Nauczony doświadczeniami ze swojej poprzedniej wojny władca Prus wiedział, że ziemniakami łatwiej wykarmi poddanych niż w jakikolwiek inny sposób. 

Wkrótce do jedzenia ziemniaków dali się też przekonać Francuzi. Jako jeden z pierwszych - Antoine Parmentier, wojskowy lekarz, który w pruskiej niewoli był żywiony ziemniakami. 
W 1772 roku we Francji cofnięto zakaz uprawy ziemniaka dla celów spożywczych i dzięki nawiedzające ten kraj klęski nieurodzaju zbóż nie groziły już powszechnym głodem. 
Najdłużej w Europie przed ziemniakami opierali się poddani rosyjskich carów. Mikołaj I, który poradził sobie z powstaniem listopadowym w latach 40. XIX wieku stanął w obliczu protestów nazwanych kartoflaną rewolucją. Brutalne pacyfikacje niewiele pomogły-  car został zmuszony do wycofania części swoich dekretów. Dopiero wtedy Rosjanie zaczęli uprawiać kartofle na masową skalę.

Jakby na ironię właśnie w tym czasie mieszkańcy kilku krajów Europy na własnej skórze odczuli, jak groźne może być zbyt duże uzależnienie od plonów ziemniaka. Zaraza, która w 1845 roku pojawiła się w Belgii, a potem też w innych krajach, dokonała większych spustoszeń niż wojna.
Największa skala tej klęski miała miejsce w Irlandii. Zaraza ziemniaczana w połączeniu z nieudolnymi rządami brytyjskiej administracji w ciągu zaledwie czterech lat doprowadziła do śmierci głodowej milion mieszkańców Zielonej Wyspy, a kolejny milion skłoniła do emigracji za Ocean. 

W kolejnym artykule w styczniowym magazynie „Mówią Wieki” Ryszard Kantor napisał o jadle głodowym. Przypomniał, że w czasie różnych klęsk i na przednówku ludzie sięgali często po rośliny, które powszechnie uchodziły za niejadalne, takie jak manna, lebioda i perz.
Jadano także młode pokrzywy, niektóre paprocie, młode pędy i kwiatostany ostu, mak polny, łopuchy i wiele innych roślin. Zdarzało się, że do wypieku chleba używano kory lipowej, brzozowej czy bazi leszczyny. W niektórych regionach, np. w okolicach Gorlic, chleb z mąki lipowej uchodził za najsmaczniejszy. Z kolei na Kurpiowszczyźnie powszechnie – nie tylko w okresach głodowych – używano tzw. masła brzozowego. Wiosną spod kory brzozowej wyskrobywano młodą, tłustawą miazgę o lekko słodkawym smaku, której używano do wyrobu „masła” oraz stosowano do gotowania i smażenia. Z kolei z pąków brzozy wyrabiano kwas, używany do polewek. 
Z dziko rosnących roślin przygotowywano napoje o pewnych walorach spożywczych, istotnych zwłaszcza w okresach głodowych. Na przykład z jagód jałowca dość powszechnie produkowano pożywne, niskoalkoholowe piwo. Kiedy owoce były słodsze – w pogodne i słoneczne lata – napój ten bywał ponoć niezwykle smaczny i pożywny. (PAP)

Mówią Wieki, 1/2026

jkrz/