Создано человеком

Но до недавнего времени мы ничего конкретного по этому поводу сказать и пообещать представителям сельского хозяйства не могли. Потому что проблема промышленного синтеза муравьиной кислоты наталкивалась на трудности, хотя несколько схем синтеза кислоты давным-давпо известны.

Так, в учебниках органической химии предлагается получать муравьиную кислоту действием углерода на щелочь. Но эта классическая пропись грешит некоторой неточностью, поскольку конечный продукт названной реакции не сама "муравьинка", а лишь соль, служащая исходным сырьем. И для дальнейшего процесса потребуется затратить другую кислоту - серную, и утилизировать отход - сульфат щелочного металла.

Советский академик Н. М. Эмануэль разработал и предложил свой способ получения "муравьинки", в основе которого - процесс окисления бензина. Но, к сожалению, и этот метод оказался неприемлемым для крупномасштабного производства. Да к тому же муравьиная кислота здесь - продукт побочный, а основной - кислота уксусная. Мало и, главное, дорого.

И все же оба эти способа и сегодня применяются для получения муравьиной кислоты. Невыгодно, конечно/ такое производство, нерентабельно, но что поделать! Раз нужно - приходится идти на малоэффективные способы. Но все это приемлемо до тех пор, пока не очень велики объемы потребления. А для удовлетворения сегодняшней потребности и завтрашних народнохозяйственных нужд страны ни тот, ни другой способ не годится: слишком много понадобилось бы непроизводительно тратить серной или другой минеральной кислоты, слишком много оказалось бы трудноутилизируемых сульфатов, слишком много пришлось бы окислять бензина.

Существует и третий способ получения столь желанной "муравьинки" разложение формамида серной кислотой. Но его еще нужно получить из метилформиата, а тот - из окиси углерода иметанола... Одним словом, огород городим большой, а урожай снимаем мизерный.

Но существует ли, хотя бы теоретически, прямой способ получения муравьиной кислоты, да такой, чтобы годился не в лаборатории, а в промышленности?

Существует. Но для реализации идеи присоединения воды к окиси углерода необходимо ни мало ни много, как преодолеть некоторые ограничения термодинамики, "разрешающие" подобную реакцию лишь под большим давлением и при очень низких температурах. А поскольку активных катализаторов для таких условий пока не найдено, приходится вместо прямых искать окольные пути. Применительно к промышленному производству муравьиной кислоты такой компромисс означает включение в технологический цикл все тех же промежуточных стадий. Правда, уже в меньших количествах и без отходов.

Таким компромиссным способом стало получение муравьиной кислоты путем двухстадийного синтеза. В первой стадии из метанола и оксида углерода получают метнлформиат, а во второй последний подвергают гидролизу. Образующийся при этом метанол - это не побочный продукт: его можно вновь использовать в замкнутом цикле. Однако реализация такого способа наталкивалась па значительные трудности, так, первая стадия синтеза оказалась на поверку не очень-то приемлемой для массового производства. Например, полностью освободить вещества, участвовавшие в технологическом процессе от воды и С02, затруднительно. Чем это чревато, понятно и нехимику: образующиеся соли - формиат и карбонат натрия - нерастворимы в метаноле, их осадки забивают время от времени трубопровод и аппаратуру, останавливая все производство.

Вызывала тревогу и вторая стадия. Имевшиеся в литературе (преимущественно патентной) рекомендации предлагали осуществлять ее при очень высоких температурах и, следовательно, повышенном давлении. Но все это приводит к сильной коррозии металлов, из которых сделана технологическая аппаратура.

Так было до той поры, пока данной проблемой не занялись советские инженеры и ученые. Специальные добавки на стадии синтеза метилформиата позволили предотвратить выделение осадков. Трубопроводы перестали забиваться плотной пробкой. Сам процесс гидролиза был значительно усовершенствован, были найдены катализаторы, позволяющие осуществлять гидролиз в мягких условиях. А в итоге производство муравьиной кислоты стало рентабельным в промышленных масштабах. Эта задача была решена в ИОНХ-е учеными под руководством профессора И. И. Моисеева.

Так отечественная химия преодолела очередной барьер на пути решения Продовольственной программы.

Пожалуй, нет ни одной науки, которая не внесла бы своей лепты в дело обеспечения человечества продуктами питания, Химия - среди лидеров. Ее "почерк" где только не обнаруживается! Я позволю себе еще не раз остановиться на некоторых из проблем аграрного производства, открывающих свои тайны с помощью химического "ключа". Пока же хочу вновь вернуться к теме возможностей растительного мира. Только на сей раз поглядим на нее в несколько ином ракурсе, уже зная, что общее количество биомассы, продуцируемой лугами, лесами, пастбищами, океанами, вполне достаточно, чтобы раз и навсегда снять с повестки дня продовольственную проблему, вычеркнув ее вообще из списка тяжелых глобальных проблем, решаемых человечеством. Ракурс этот позволяет разглядеть то, что обычно прячется за частоколом разнообразных проблем, громоздящихся вокруг проблемы номер один. Что ж открывается пытливому взгляду исследователя?

Нечто потрясающее: из всей солнечной энергии, доходящей до поверхности Земли, растительность усваивает путем фотосинтеза не более 0,1-0,2 процента. Сельскохозяйственные, то есть культурные растения используют ее гораздо полнее дикорастущих. Зерновые в среднем 0,5-1,5 процента, а такие высокопродуктивные, как рис, сахарный тростник, сахарная свекла и некоторые другие культуры - до 4 процентов.

Есть все основания считать, что полное раскрытие наукой механизма процессов фотосинтеза и овладение управлением им даст возможность повысить коэффициент использования солнечной энергии сельскохозяйственными растениями в два и более раза. Академик А. А. Красновский, например, основываясь на экспериментальных данных по измерению квантового выхода фотосинтеза для одноклеточных водорослей, считает, что максимально достижимый коэффициент полезного действия фотосинтеза - преобразования поглощенной солнечной энергии в потенциальную химическую энергию - 30 процентов. Остальные 70 процентов энергии квантов солнечного света, поглощенного хлорофиллом, в конечном счете преобразуются в тепло. Куда и на что тратит растение эту избыточную энергию?

На преодоление потенциальных барьеров промежуточных реакций, на обратные реакции активных продуктов фотосинтеза, наконец, на внутренние нужды зеленой клетки. Но ведь приблизительно половина энергии солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, лежит в видимой области спектра и представляет собой фотосиптетически активную радиацию (ФАР). Поэтому, вероятно, максимально возможное использование солнечной энергии при фотосинтезе не превышает 15 процентов.

Но и эта величина свидетельствует об огромных резервах в более интенсивном использовании солнечной энергии при фотосинтезе на суше и океанах Земли.

Создание сортов сельскохозяйственных культур, максимально усваивающих солнечную радиацию за вегетационный период - наипервейшая задача селекции и химии, работающей на ее нужды...

Помнящая родство

В самом начале теперь уже далеких 20-х годов в одном из номеров журнала "Человек и природа" появилась статья под довольно странным по тем временам названинием: "Нужна ли для России химия и химическая промышленность?" Ее автор - выдающийся русский ученый Лев Александрович Чугаев, удостоенный в последствии первой в стране премии имени В. И. Ленина, поднимал вопрос о необходимости органического развития экономики страны, ее промышленности и земледелия. Статья появилась не случайно, а "подвела черту"

под бурными спорами, потрясавшими тогда и студенческие общежития, и профессорские гостиные: оставаться ли России традиционно земледельческой или служить "умножению фабрик и заводов".

Вроде бы наивный и даже смешной, каким он кажется сейчас, через призму десятилетий, этот вопрос был накрепко связан с такими проблемами и такими вопросами, к решению которых следовало приступать незамедлительно. И прежде всего предстояло определить, как и за счет чего нужно налаживать химическое производство и какие научные и инженерные кадры следует готовить, дабы реализовать эти планы.