В тази публикация в блога ще разгледаме как катализаторите са променили хода на войната и са се превърнали дълбоко в ежедневието ни днес.
Думата „катализатор“ произлиза от гръцки термин, който означава „разграждам“. Международният съюз по чиста и приложна химия (IUPAC) определя катализатора като „вещество, което променя скоростта на реакцията, без да се изразходва в процеса“.
Интересното е, че когато концепцията за катализатор се появява за първи път, тя се използва повече в сферата на изкуството, отколкото в науката. Например, подобно на катализатор, който променя цвета си, той функционира като средство за промяна и понякога се разглежда като форма на художествено изразяване. По-късно обаче катализаторите се превръщат в ключов фактор, движещ бързия напредък в науката и технологиите, а тяхната сила е особено подчертана в екстремни ситуации като война. Първата световна война може да се счита за отправна точка за такива примери.
Въпреки че причините за избухването на войната могат да бъдат анализирани от различни политически, социални, дипломатически и икономически гледни точки, тази статия ще подходи към темата от гледна точка на „катализаторите“. Всичко започва в началото на 20-ти век с немските учени Фриц Хабер и Карл Бош.
По онова време азотната киселина е била един от основните компоненти за производството на барут, но преди 1900 г. е било невъзможно да се произвежда азотна киселина изкуствено в голям мащаб. Въпреки че азотната киселина се е получавала с помощта на „селитра“, минерал, който се среща в изобилие в Южна Америка, този минерал е бил много ограничен по отношение на предлагането и труден за транспортиране, което е поставяло ограничения за широкото му промишлено приложение. „Методът за синтез на амоняк“, разработен от Хабер и Бош през 1913 г., е преодолял това ограничение. Този метод, който синтезира амоняк чрез реакция на азот и водород с помощта на железен катализатор, е проправил пътя за изкуственото производство на торове и азотна киселина.
Най-важното е, че стана възможно масовото производство на този амоняк във фабрики. Това доведе до драматично подобрение в селскостопанската производителност – дотолкова, че беше наречено „Зелената революция“ – и едновременно с това даде възможност за експлозивния растеж на военно-промишления комплекс. В резултат на това Германия успя да осигури ресурсите, необходими за водене на война, което се превърна в материалната основа, която ѝ позволи да започне Първата световна война.
Въпреки че войната приключи, развитието на каталитичната технология не спря. Германия беше победена след влизането на Съединените щати във войната през 1917 г., но през 1926 г. се появи друг иновативен процес: „процесът на Бергиус“ и „процесът на Фишер-Тропш“. Сред тях процесът на Фишер-Тропш е технология, която използва катализатор за реакция на смес от въглероден оксид и водород при условия на висока температура и високо налягане, за да се синтезират въглеводороди и техните производни. Синтезираните в този процес въглеводороди варират от C1 до C12 и се използват под формата на познати горива като дизел и керосин.
Германия беше страна, богата на въглищни ресурси, но лишена от петрол. Използвайки този процес за производство на синтетичен петрол от въглища, тя успя до известна степен да реши проблемите си с ресурсите. Надграждайки върху това, Германия започна Втората световна война през 1939 г. По това време Германия успя да задоволи 95% от нуждите си от авиационен бензин и 60% от общите си доставки на петрол със синтетичен петрол. През 1944 г. обаче съюзническите сили започнаха концентрирани въздушни нападения срещу германските заводи за синтетичен петрол, изчерпвайки запасите ѝ от гориво, което в крайна сметка доведе до поражението на Германия.
Въпреки че каталитичната технология се е развила сред ужасяващата история на войната, оттогава тя е дълбоко вкоренена в живота ни, причинявайки забележителни промени. Ярък пример е пластмасата.
Днес го използваме в толкова голямо разнообразие от продукти, че е трудно да си представим живота без пластмаса. Тези пластмаси са създадени на базата на вещества, получени от процеса на рафиниране на петрол, след развитието на производството на синтетичен петрол.
През 1953 и 1954 г. Джулио Ната и Карл Циглер случайно разработват катализатори за полимеризация, проправяйки пътя за лесното масово производство на пластмаси, каучук, синтетични влакна и синтетични смоли. Докато суровият петрол се дестилира и рафинира, той се разделя на пропан-бутан (LPG), нафта, керосин и дизелово гориво в низходящ ред на температура. Сред тях нафтата се рафинира в бензин и BTX (бензен, толуен, ксилен) с помощта на катализатори за десулфуризация и се превръща в пластмасови суровини чрез катализатори за полимеризация.
Приложенията на катализаторната технология не спират дотук. Зеолитите се използват като „екологични катализатори“ за пречистване на околната среда; ензимите се използват като „биокатализатори“ за улесняване на биологичните реакции; а филмите от титанов диоксид са отличен пример за „фотокатализатори“, които преобразуват светлината в енергия. Ако се огледаме около нас, катализаторите се използват в автомобилни материали, горива и системи за пречистване на отработени газове, както и в различни ежедневни продукти, като например дробилки за хранителни отпадъци, затоплящи средства за ръце, дезинфектанти за рани, дрегери, производство на маргарин и консерванти.
Вече сме достигнали точка, в която е невъзможно да си представим съвременния живот без катализаторна технология. Тъй като изкопаемите горива продължават да се изчерпват, развитието на биоенергията получава все по-голямо внимание. Напредъкът в катализа продължава, включително технологии като биоетанол, получен от растения като царевица, слънчоглед и маслини, и производството на водород от светлинна енергия с помощта на фотокатализатори.
След като напредна с бързи темпове за кратък период от време, технологията на катализаторите се превърна в ключов фактор, който надхвърля простите химични реакции, за да трансформира човешката история, цивилизация и качеството на живот. В бъдеще катализаторите ще продължат да притежават безкраен потенциал в различни области – включително енергетика, околна среда и биотехнологии – и ще обогатяват още повече нашето ежедневие.
