Борьба за азот продолжается


Когда мы знакомимся с современным азотным заводом, с его совершенной техникой высокого давления, автоматическим регулированием процесса, отсутствием отбросов, использованием неограниченных запасов сырья в виде воды и воздуха, кажется, что вопрос получения связанного азота из воздуха решен окончательно. Но наука не знает окончательных решений, и то, что сегодня является совершенным, завтра может оказаться устаревшим. Наука не знает предела своему поступательному развитию.

Если мы внимательно рассмотрим процесс получения азотной кислоты, то увидим, что не все в нем обстоит так безукоризненно.

В 1939 году во всем мире (кроме СССР) было получено примерно 3,5 миллиона тонн связанного азота в форме аммиака. Для этого потребовалось получить более 9 миллиардов кубических метров водорода. Чтобы получить это количество водорода из воды, пришлось затратить до 9 миллионов тонн высококачественного топлива или примерно 19 миллионов тонн бурого угля.

Около половины полученного аммиака идет на получение азотной кислоты. В этом процессе протекает следующая химическая реакция. Азот аммиака, соединяясь с кислородом воздуха, дает окислы азота, которые р дальнейшем превращаются в азотную кислоту, а водород аммиака с кислородом вновь дает воду, из которой водород с таким трудом был получен.

С огромными затратами топлива, электроэнергии, материалов, человеческого труда люди из воды получают миллиарды кубических метров водорода. В сложных установках синтеза аммиака под высоким давлением соединяют его с азотом в аммиак, а затем при получении азотной кислоты сжигают этот дорогостоящий водород опять в воду.

И такое расточительство во все возрастающих масштабах продолжается вот уже более 30 лет.

Нельзя ли получить азотную кислоту, минуя этот обходный путь, непосредственно из азота и кислорода воздуха? Такую возможность открывает новая область физической химии — газовая электрохимия.

Мы уже знаем, что первые попытки заводского процесса связывания атмосферного азота шли именно по этому пути. Но они окончились неудачей. Действительно, на 1 киловатт-час электроэнергии по электро-дуговому методу получается примерно 23 грамма связанного азота, а по способу синтеза аммиака на тот же киловатт-час получается до 500 граммов.

Основная причина невыгодности электродугового метода связывания азота заключается в том, что в этом процессе дорогая электроэнергия тратится в виде тепла на высокотемпературный подогрев больших масс газа, из которых лишь очень малая часть вступает в химическую реакцию. А между тем теоретически, если бы вся затрачиваемая электроэнергия пошла для целей химической реакции, можно было бы получить таким путем 2300 граммов связанного азота на 1 киловатт-час электроэнергии, то есть в 100 раз больше, чем сейчас получается по электродуговому способу, и в 5 раз больше, чем по способу синтеза аммиака.

Ученые задумались: нельзя ли так использовать электроэнергию, чтобы она большей своей частью расходовалась для целей химического процесса, а не тратилась на получение тепла?

Электрическая энергия в отличие от тепловой обладает замечательным качеством: она может непосредственно переходить в энергию химического взаимодействия, в энергию химической связи. И в настоящее время имеется ряд способов непосредственного перевода электрической энергии в энергию химическую и обратно.

Советская наука уже достигла на этом пути существенных успехов. И путь газовой электрохимии является одним из наиболее вероятных путей, по которому будет дальше развиваться борьба человека за наиболее экономичное и высокоэффективное овладение азотом воздуха при превращении его в азотную кислоту. Этим примером мы хотели лишь показать, что борьба за азот еще не окончена, что она еще ждет новых исследователей, новых борцов за покорение недр воздушного океана. В научно-исследовательских лабораториях нашей страны физики и химики, инженеры и техники прикладывают много усилий для разработки новых, наиболее эффективных методов фиксации атмосферного азота для нужд нашей страны.