Франц Фишер. Ганс Тропш

На химических предприятиях Германии в конце 20-х годов и на заводах Германской Демократической Республики в начале 150-х годов было получено в большом масштабе синтетическое топливо на основе угля. Для этого были использованы следующие два основных вида производственных процессов: гидрирование при высоком давлении по Бергиусу и синтез углеводородов по методу Фишера - Тропша.

Франц Фишер (1877-1947)

Франц Фишер родился 19 марта 1877 г. в предместье Фрей-берга - Брейзгау. Он изучал химию в высших учебных заведениях Мюнхена, Фрейберга и Гиссена. После окончания учебы вначале был ассистентом у А. Муассана в Париже, а затем у Вильгельма Оствальда в Лейпциге. И, наконец, проработав один год у Эмиля Фишера в Берлинском университете, Фишер начал преподавать в Горной академии во Фрейберге. Сдав там экзамены на право чтения курса химии, он стал приват-доцентом академии.

После того как Эмиль Фишер вновь вернулся в Берлин, Франц Фишер в 1908 г. стал профессором, а спустя три года - заведующим кафедрой электрохимии в Высшей технической школе, находившейся в пригороде Берлина Шарлоттенбурге.

В 1913 г. Франц Фишер был приглашен учредителями Общества кайзера Вильгельма на должность директора Института исследования угля, организованного при этом обществе, в городе Мюльгейме (Руре). Этот институт был создан в результате реализации многочисленных и хорошо обоснованных предложений Франца Фишера, в правление общества. В Институте исследования угля Франц Фишер познакомился с Гансом Тропшем (1916 г.).

Ганс Тропш родился 9 октября 1889 г. в городе План (Богемия, ныне территория ЧССР). После завершения высшего химического образования в Праге в 1907-1913 гг. он защитил диссертацию и получил ученую степень доктора-инженера. Проработав несколько лет на различных химических предприятиях, Ганс Тропш стал ассистентом в Институте исследования угля, возглавляемого Францем Фишером. В последующие годы Тропш занимал различные должности на предприятиях химической промышленности. В 1920 г. он вновь вернулся в Институт исследования угля в Мюльгейме, где и проработал до 1928 г. В эти годы Фишер и Тропш осуществили выдающуюся научно-техническую разработку - создали способ получения углеводородов. Хотя исследователи завершили лабораторную стадию работы уже в 1925 г., лишь спустя девять лет было создано многотоннажное химическое производство этих продуктов.

Ганс Тропш (1889-1935)

В 1928 г. Ганс Тропш организовал при Пражском университете Институт исследования угля, директором которого он оставался до 1931 г. Затем он переехал в США, где стал научным консультантом огромного нефтяного концерна в Чикаго и одновременно профессором Чикагского университета. В 1935 г., тяжело больной, Ганс Тропш вернулся в Германию и вскоре после возвращения в возрасте всего сорока шести лет скончался.

Задолго до того, как Фишер и Тропш начали исследования процесса синтеза углеводородов в 1922 г., этим вопросом интересовалось немало других химиков. Так, в 1902 г. Сабатье и Сандеран получили из оксида углерода и водорода при помощи каталитического синтеза метан и воду. В 1913 г. в лаборатории БАСФ при использовании других катализаторов и повышенного давления была получена смесь насыщенных и ненасыщенных углеводородов и других органических соединений.

Фишер и Тропш позднее также осуществили реакцию оксида углерода с водородом при повышенном давлении (100 атм), но применяли щелочные катализаторы на основе железа. При этом Фишер и Тропш получили реакционную смесь, в которой содержалось довольно мало углеводородов. В основном она состояла из спиртов, кетонов и органических кислот. Ученые назвали эту смесь "синтолом".

Глубоко изучив особенности процесса получения "синтола", Фишер и Тропш обратили особое внимание на зависимость состава реакционной смеси от природы используемых катализаторов, температуры и давления. На основании полученных результатов им удалось разработать более эффективный процесс получения углеводородов. Они сумели провести реакцию оксида углерода с водородом в присутствии смешанных катализаторов на основе металлов группы железа (железо, кобальт, никель с определенными добавками) при нормальном давлении и благоприятной температуре таким образом, что получили в качестве продуктов процесса лишь углеводороды и воду. Смесь углеводородов состояла главным образом из бензиновой и средней нефтяной фракций. Так Фишер и Тропш заложили физико-химические основы способа совместной газификации.

Примерно одновременно с работами Фишера и Тропша в лабораториях Имперского общества по производству красителей проводилось исследование способа получения синтетического горючего. Работавшие там химики и технологи исходили из принципов проведения промышленного синтеза аммиака и провели гидрирование угля при высокой температуре. По этому методу, патент па который взял в 1913 г. приват-доцент Высшей технической школы в Ганновере Фридрих Бергиус, впервые было организовано многотоннажное промышленное производство в 1927 г.

Если при получении смеси углеводородов по способу Бергиуса исходным продуктом был бурый уголь, то в методе совместной газификации - каменный уголь. Поэтому способом совместной газификации вскоре заинтересовались владельцы каменноугольных шахт, расположенных в Руре. В лабораториях компании "Акционерное общество по ожижению и облагораживанию каменного угля" были разработаны основы многотоннажного промышленного процесса совместной газификации. В 1934 г. начался выпуск синтетического топлива по этому методу сразу же на нескольких крупных предприятиях, расположенных в Рурской области. Поскольку в этом процессе вместо богатого водой коксового газа может применяться также и водяной газ, полученный при газификации бурого угля, установки совместной газификации впоследствии возникли и рядом с предприятиями, расположенными вблизи месторождений бурого угля в средней части Германии.

От завершения основополагающих исследовательских работ до создания производства по данному методу прошло девять лет. Это было связано с поиском катализаторов, которые прежде всего не подвергались бы отравлению; определенную роль в задержке с внедрением метода в промышленность сыграл и мировой экономический кризис. На медленное развитие новых синтетических способов получения горючего оказало также влияние то обстоятельство, что долгое время синтетические продукты стоили значительно дороже, нежели соответствующие вещества, полученные из природного сырья.

Акционеры "Имперского общества по производству красителей" восприняли способ производства углеводородов по методу "Фишера и Тропша в качестве серьезного конкурента. Лишь после (длительных переговоров между представителями обоих концернов было достигнуто соглашение. В 1937 г. Франц Фишер вместе с Гельмутом Пихлером разработали метод синтеза углеводородов при среднем давлении. Ученые использовали катализаторы на основе соединений железа, высокие температуры и давления около 10 атм. Эти эксперименты имели большое значение для организации многотоннажного химического производства углеводородов. В результате осуществления этого процесса в качестве основных продуктов получились бензин с высоким октановым числом и парафины.

Франц Фишер, защитивший докторскую диссертацию по изучению процессов, протекающих в аккумуляторах, был одним из наиболее крупных физико-химиков, которые во всемирно известной лаборатории Вильгельма Оствальда исследовали каталитические процессы. Основываясь на результатах работ Оствальда П. Сабатье, Сандерана и Митташа, Фишер значительно расширил область промышленного применения гетерогенно-каталитических реакций.

Благодаря работам Фишера и Тропша Институт исследования угля стал широко известен во всем мире. В опубликованных с 1917 по 1937 гг. двенадцати томах сборников трудов института были помещены статьи его сотрудников, изучавших синтез топлива и другие вопросы практического использования угля. С 1920 г. Фишер принимал также активное участие в издании журнала "Химия горючих веществ", занявшего значительное место в специальной химической литературе.

Свыше трех десятилетий Фишер был директором Института исследования угля в Мюльгейме. Лишь в 1944 г. он ушел на пению, а 1 декабря 1947 г. скончался в Мюнхене.

Франц Фишер и Ганс Тропш видели свою главную задачу в том, чтобы найти новые источники сырья и разработать пути усовершенствования уже существовавших методов их использования⁵⁰. Если вспомнить, что коэффициент, составлявший при использовании угля в качестве топлива 15%, при гидрировании Лугля увеличивался почти до 90%, нетрудно увидеть, сколь велика экономическая эффективность метода. Разработка процесса промышленного синтеза углеводородов по методу Фишера - Тропша явилась огромным научно-техническим достижением. Производство смеси углеводородов по методу совместной газификации постоянно росло, поскольку она широко использовалась в качестве топлива для автомобилей и самолетов. Росту потребности в синкретическом топливе также способствовало переоборудование двигателей морских кораблей с угля на нефть, начавшееся с 1914 г. Некоторые мирные отрасли экономики тоже нуждались в модификации методов получения искусственного топлива, предложенных Фишером и Тропшем, а также Бергиусом. Но внедрение этих методов в промышленность преследовало главным образом военные цели.

Поражение в первой мировой войне не отрезвило представителей монополистического капитала Германии. Очень скоро после окончания войны они начали не только восстанавливать военный потенциал, но и мечтать о мировом господстве. Упрекая руководство кайзеровской армии, что оно недооценило роли химии в современной войне, германские империалисты после сокрушительного поражения Германии решили ориентировать германских химиков в их фундаментальных и прикладных работах на подготовку к новой мировой войне. Одной из основных трудностей при этом было решение проблемы получения синтетического горючего. Уже во время первой мировой войны стало понятным, что наиболее эффективны действия моторизованных воинских частей. Из этого германские империалисты сделали свои выводы: они решили создать наиболее вооруженную и оснащенную всеми средствами военной техники армию, чтобы добиться осуществления агрессивных планов. Для этого было очень важно иметь достаточное количество топлива и иметь потенциальную возможность производить его во время войны. Единственным пригодным для германских империалистов путем решения этой проблемы было получение синтетического топлива на основе угля: ведь в Германии не было сколько-нибудь значительных месторождений нефти, и германские капиталисты не могли рассчитывать на получение нефти из других стран.

Захват власти фашистами и начавшаяся сразу же после этого усиленная политика милитаризации страны вовлекли в орбиту военных приготовлений химическую науку и промышленность Германии. В этих обстоятельствах особенно ценным оказался способ выработки синтетического горючего по методу Фишера - Тропша. Лишь таким путем синтезируется топливо с высоким содержанием ненасыщенных углеводородов, существенно повышающих качество топлива, и, что самое важное, получается антидетонационное топливо для самолетов. Но сами эти способы длительное время находились в полной собственности монополий. Так, "Акционерное общество химии Рура" обладало преимущественным правом производства на новом огромном химическом предприятии бензина из каменного и бурого угля.

За время с 1935 по 1938 г. в Германии было построено девять новых промышленных установок получения синтетического бензина по методу Фишера -Тропша. На них ежегодно производилось в общей сложности 600 000 тонн топлива, смазочных масел и других синтетических продуктов. Вместе с установками по гидрированию угля и каменноугольной смолы германские милитаристы производили для военных целей ежегодно около 4 600 000 тонн синтетических углеводородов.