Льюис Дартнелл - Цивилизация с нуля. Что нужно знать и уметь, чтобы выжить после всемирной катастрофы

В XVIII в. французский химик Николя Леблан открыл простой двухступенчатый алгоритм решения: сначала нужно соединить морскую соль с серной кислотой, а затем прокалить продукт реакции в печи с толченой известью и углем или древесным углем при температуре около 1000 °C, пока не образуется черная, похожая на пепел масса. Карбонат натрия, который вам нужен, растворяется в воде, поэтому его можно извлечь по той же технологии, которая применялась при сжигании водорослей. Однако, хотя процесс Леблана позволяет без труда превратить морскую соль в соду и не зависеть от запасов растений и минералов, он чудовищно неэффективен и сопряжен с образованием ядовитых отходов [48] В начале XIX в. токсичные отходы просто вывозились на свалку: груды черного пепла, нерастворимого сернистого кальция, громоздились на полях, окружающих фабрики по производству соды, а из фабричных труб поднимались в небо клубы хлороводорода, губившего окрестную растительность. В 1863 г. английский парламент принял Закон о щелочах, запретивший выбрасывать хлороводород в атмосферу: это был первый в новой истории закон, охраняющий чистоту воздуха. В ответ производители соды стали собирать этот водорастворимый газ, распыляя воду в дымовых трубах, и сливать образовавшуюся соляную кислоту в ближайшие реки, ловко обходя закон и загрязняя уже не воздух, а воду! . В идеале возрождающемуся человечеству лучше будет пропустить простой, но нерациональный процесс Леблана и сразу перейти к более эффективному варианту.

Метод, разработанный бельгийским инженером-химиком Эрнестом Сольве, чуть более сложный, но он ловко замыкает цикл добавлением аммиака: используемые реагенты восстанавливаются, и отходы, а значит, и загрязнение среды сведены к минимуму.

Процесс Сольве основан на следующей химической реакции: бикарбонат аммония соединяют с крепким рассолом, чтобы ионы бикарбоната «пересели» на натрий и образовался бикарбонат натрия (идентичный применяемому в хлебопечении разрыхлителю), который затем простым нагреванием преобразуется в кальцинированную соду. Чтобы это осуществить, рассол пропускают через две колонны, где он насыщается сначала аммиаком, а затем двуокисью углерода. Растворяясь в соленой воде, они соединяются и образуют тот самый бикарбонат аммония. Соль вступает в обменную реакцию, образуя нерастворимый бикарбонат натрия, который выпадает в осадок. На этом этапе процесса Сольве главный ингредиент — аммиак: он поддерживает в рассоле щелочную среду, достаточную для того, чтобы бикарбонат натрия не растворился, и тем самым аккуратно разделяет две соли.

Диоксид углерода, необходимый для первого этапа процесса, получают, прокаливая известь (точно таким же способом, какой описан в главе 5 для обжига извести при производстве цемента и бетона). После того как из рассола экстрагируют соду, получившуюся при прокаливании негашеную известь добавляют в рассол. Она восстанавливает закачанный туда на первом этапе аммиак, который можно использовать вновь. Таким образом, производство соды методом Сольве расходует только поваренную соль и известь, а на выходе, кроме собственно соды, мы получаем попутный продукт — чистый хлористый кальций, который применяется как антиобледенитель на зимних дорогах. Эта изящная замкнутая система, где главный реагент, аммиак, раз за разом восстанавливается для повторного использования, строится на довольно простых химических операциях и до сих пор остается основной технологией производства соды во всем мире (кроме США, где в 1930-х гг. на территории штата Вайоминг открыли богатое месторождение троны — минерала, содержащего карбонат натрия). Для возрождающегося человечества метод Сольве открывает прекрасную возможность перескочить через неэффективные и экологически грязные методы производства насущно необходимой соды.

Метод Сольве превращает легкодоступный элемент натрий (поваренную соль) в повседневно необходимое щелочное соединение — соду. Но развивающаяся цивилизация довольно скоро столкнется с нехваткой другого важнейшего материала. Один из самых нужных современному человеку химических процессов связан с азотом, и тут мы видим еще одно чудесное превращение бросового вещества в ценный сырьевой ресурс.

Если учесть, скольких людей она касается ежедневно, самой существенной технической новацией ХХ в. следует признать не воздушное сообщение, не антибиотики, не компьютеры и не атомную энергетику, а технологию получения простого и довольно неприятно пахнущего вещества — аммиака. Как мы не раз видели в этой книге, аммиак и родственные ему (и значит, химически взаимопревращаемые с ним) азотсодержащие соединения — азотная кислота и нитраты — это краеугольные камни химии, подпирающей цивилизацию. Без нитратов не обойтись в производстве удобрений и взрывчатки, но к концу XIX в. развитые страны стали испытывать дефицит этого ценного сырья. Спрос превысил предложение, и тогда американцам и европейцам пришлось крепко задуматься о том, чем вооружать армии и, хуже того, как обеспечить достаточно продовольствия, чтобы люди не страдали от голода.