20. yüzyıl boyunca dünyayı belki de en derinden etkileyen buluş ne bir makine de bir aygıttı. Bu buluş, endüstriyel bir işlemdi. Alman kimyacı Carl Bosch geliştirdiği amonyak üretimiyle, daha önce hiç görülmemiş ölçekte patlayıcı ve kimyasal gübre üretimine yol açtı. Bunun sonucu olarak bir yandan her iki Dünya Savaşı'nda sınırsız bir patlayıcı kapasitesine ulaşılırken bir yandan da dünyada büyük bir nüfus patlaması başladı.
Carl Bosch kimdir?
Carl Bosch Almanya'nın Köln kentinde doğdu. Charlottenburg Teknik Üniversitesi'nde makine mühendisliği ve metalürji eğitimi gördü. 1896 yılında, Leipzig Üniversitesi'nde kimya eğitimi almaya başladı. Üç yıl sonra Bosch, Ludwigshafen'daki Almanya'nın en başarılı kimya şirketine katıldı. O dönemde şirketin adı Badische Anilin– & Sodafabrik'ti; günümüzde yalnızca BASF olarak bilinmektedir.
Başlangıçta Bosch, sentetik boya üretimiyle ilgilendi, ama 1905'te bütün ilgisin dönemin can alıcı sorununa yöneltti: Atmosferik azot kimyasal bileşenlere nasıl "sabit"lenebilirdi? Görünürde küçük bir çevreyi ilgilendiren bu sorun muazzam bir küresel öneme sahipti. 19. yüzyılda bilim insanları, azot bakımından zengin bileşiklerin çok etkili gübre özelliği taşıdığını görmüşlerdi. Özellikle, yüksek miktardaki guano (taşlaşmış kuş dışkısı) ve güherçile (potasyum nitrat, KNO3) dünya nüfusundaki artışa bir süreklilik sağlamıştı.
1898'de, İngiliz kimyacı William Crookes (1832-1919), British Association için verdiği "Buğday Sorunu" adlı sunumda, bu kaynakların giderek azaldığına dikkat çekmişti. Bunun yanında, 1920'li yıllarda dünyanın büyük bir kıtlıkla karşılaşabileceği konusunda uyarıda bulundu. Üstelik azotlu bileşikler aynı zamanda patlayıcıların temel bileşeniydi. 20. yüzyılın ilk yıllarında, yükselen savaş tehdidi, azotlu bileşiklerle ilgili yeni talepleri gündeme getirdi.
Azot, tepkimeye çok zor giren bir elementtir. Atmosferin yaklaşık %80'ini oluşturmasının nedeni de budur. 1890'lı yıllardan itibaren kimyacılar, gübre ve patlayıcı yapmak amacıyla havadaki azotu "sabit"lemek için etkili ve yüksek verimli bir kimyasal işlem bulmaya çalıştılar ancak sonuç almadılar. Daha sonra, 1905'te, Alman kimyacı Fritz Haber (1868-1934), hidrojen gazı (H2) ve azot gazından (N2) küçük miktarda amonyak elde ettiğini bildirdi.
Haber-Bosch süreci
Fritz Haber'in işlemi yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve bir katalizör gerektiriyordu (tepkimeyi hızlandıran ya da gerçekleşecek tepkime için gerekli enerjiyi azaltan bir kimyasal madde). Haber, BASF'ta sözleşmeli olarak çalışıyordu ve 1909'da laboratuvarında yüksek miktarda amonyak elde etmişti. Aynı yıl, BASF Bosch'a endüstriyel ölçekte kullanılmasını sağlayacak şekilde Haber'in tepkimesini geliştirme görevi verdi.
Carl Bosch, gerekli yüksek basınç ve sıcaklıklara dayanabilecek bir tepkime kazanı geliştirdi. Bu, Haber'in sisteminden daha kullanışlı ve güvenli olan, çift cidarlı özel bir hazneydi. Bosch, Haber'in kullanmış olduğu yüksek maliyetli osmiyum ve uranyumdan daha uygun bir katalizör arayışıyla yaklaşık 20.000 deney gerçekleştirdi. Bosch ayrıca, aşırı sıcaktan kızıllaşmış kok kömüründen buhar geçirilmesi yoluyla havadan büyük miktarda azot ve hidrojen elde etmenin yöntemlerini araştırdı. Çalışmalarının sonuçlarıyla ilgili olarak 1910'da patent aldı ve 1911'de BASF'da büyük miktarda amonyak üretimine başlandı.
Şirket, yalnızca iki yıl sonra Ludswigshafen'in banliyösü Oppau'da, dünyanın yalnızca amonyak üreten ilk tesisini açtı. Amonyak, büyük ölçüde suni gübre üretiminde kullanılmaya başlandı. Ne var ki, 1914'te I. Dünya Savaşı patlak verip Alman hükümeti cephane sıkıntısıyla karşılaşınca, Oppau tesisi yalnızca patlayıcı üretiminde kullandı. Haber-Bosch ikilisinin çalışmaları olmasaydı, büyük olasılıkla savaş o kadar uzun sürmeyecekti. İngiltere, patlayıcı yapmak için ihtiyaç duyulan güherçileyi Almanya'nın ihtal edememesi için ambargo uyguladı.
Bosch'un kapsamlı çalışması ile kimya ve mühendislik alanlarındaki derin bilgisi, yüksek basınç altında yapılan büyük ölçekli işlemlerin gerçekleşmesini sağladı. Bu gelişme, modern kimya endüstrisine güç kazandıracaktı. 1931'de Bosch'a kimya alanında Nobel Ödülü verildi. Günümüzde bütün dünyada, Haber-Bosch prosesi kullanılarak her yıl yaklaşık 200 milyon ton suni azotlu gübre üretilmektedir.
Gübreler
Carl Bosch, büyük miktarda amonyak üretimini mümkün kılmış ve bu amonyaktan da azotça zengin amonyum nitratlı (NH4 NO3) gübreler yapılmıştır. Tahminlere göre dünya nüfusunun yaklaşık yarısı sentetik gübreler sayesinde karnını doyurabiliyor. Bitkiler, protein ve DNA (deoksiribonükleik asit) üretmek için azotlu bileşiklere ihtiyaç duyar. Doğada nitratlar, çürüyen bitki ve hayvan artıklarından ve atmosferdeki azotu sabitleyebilen bazı bakterilerden elde edilir.
Öte yandan, Bosch'un günümüze kalan mirası iki ucu keskin bıçaktır. Suni gübreler milyonlarca kişinin açlıktan ölmesini engellemiştir, ama 1910'da 1.8 milyar olan nüfusun 100 yıl içinde 7 milyara çıkması, Dünya'nın kaynaklarını zorlamaya başlamıştır. Bu gübrelerin üretimi için dünya enerji tüketiminin yaklaşık %1'i harcanırken kullanımları da kirliliğe yol açar. Özellikle tarımsal alanlardan akan yüzey suları göllerde ve nehir ağızlarında aşırı azot nedeniyle "zararlı alg patlamalarına" neden olur.
Carl Bosch hakkında sık sorulanlar
Carl Bosch'un Haber-Bosch işlemine katkısı ne oldu?
Carl Bosch, azot ve hidrojenden yüksek basınçlı amonyak sentezini içeren Haber-Bosch sürecini geliştirmek için kimyager arkadaşı Fritz Haber ile işbirliği yaptı. Bosch'un mühendislik uzmanlığı, süreç için gerekli olan büyük ölçekli endüstriyel aparatların tasarlanmasında ve optimize edilmesinde etkili oldu.
Haber-Bosch işleminin tarım ve küresel ekonomi üzerinde nasıl bir etkisi oldu?
Haber-Bosch işlemi, tarımda devrim yaratan ve dünya çapında mahsul veriminin artmasına yardımcı olan amonyak bazlı gübrelerin büyük ölçekli üretimini mümkün kıldı. Süreç ayrıca patlayıcılar ve sentetik elyaflar da dahil olmak üzere diğer kimyasalların büyük miktarlarda üretilmesini mümkün kıldı ve kimya endüstrisinin gelişiminde kilit bir rol oynadı.
Carl Bosch kimya ve kimya mühendisliğine başka hangi önemli katkılarda bulundu?
Bosch, Haber-Bosch işlemi üzerindeki çalışmalarının yanı sıra kimya mühendisliğinin bir disiplin olarak gelişmesine önemli katkılarda bulunmuş ve yeni endüstriyel süreç ve teknolojilerin öncülüğünü yapmıştır. Ayrıca BASF ve IG Farben de dahil olmak üzere birçok büyük kimya şirketinin yöneticiliğini yapmış ve 20. yüzyılın başlarında Alman kimya endüstrisinde kilit bir figür olmuştur.
Carl Bosch'un siyasi inançları ve eylemleri mirasını nasıl etkiledi?
Bosch 1930'larda Nazi partisinin bir üyesiydi ve Yahudi bilim insanlarına zulmedilmesi ve Alman fabrikalarında zorla işçi çalıştırılması da dahil olmak üzere partinin birçok politikasını destekledi. Bilim ve sanayiye yaptığı katkılar önemli olsa da, siyasi görüşleri ve eylemleri bazılarının onun mirasını ve ahlaki karakterini sorgulamasına neden olmuştur.
Haber-Bosch işlemi zaman içinde nasıl gelişti ve şu anda hangi zorluklarla karşı karşıya?
Haber-Bosch işlemi, 20. yüzyılın başlarında geliştirilmesinden bu yana, karbondioksiti yakalamak ve kullanmak için yeni katalizörlerin ve süreçlerin geliştirilmesi de dahil olmak üzere birçok iyileştirme ve geliştirmeden geçmiştir. Bununla birlikte, süreç enerji yoğun olmaya devam etmekte ve büyük miktarlarda sera gazı üretmektedir ve amonyak üretimi için daha sürdürülebilir alternatifler geliştirme çabaları devam etmektedir.