卡尔·博施(1931年诺贝尔化学奖得主)
| 出生 | 1874年8月27日 德意志帝国科隆 |
| 逝世 | 1940年4月26日(65岁) 德国海德堡 |
| 国籍 | 德国 |
| 身份 | 化学家、工程师 |
| 获奖年份 | 1931年 |
| 奖项类别 | 诺贝尔化学奖 |
| 获奖理由 | "因发明和发展化学高压方法" |
卡尔·博施(Carl Bosch,1874年8月27日—1940年4月26日),德国化学家和工业工程师,1931年与弗里德里希·贝吉乌斯共同获得诺贝尔化学奖。他将弗里茨·哈伯实验室中的氨合成反应从实验室装置放大为大规模的工业化生产(哈伯-博施工艺),使人类首次实现了空气中的氮气向化学肥料的规模化转化。这一成就被广泛认为挽救了数亿人的生命。
生平
博施出生于科隆的一个富商家庭。父亲是煤气与管道供应商,祖父和外祖父都是知名企业家。博施在科隆的私立学校接受教育,后在莱比锡大学和夏洛滕堡工业大学(今柏林工业大学)学习化学和冶金学。1896年,他在莱比锡大学在著名有机化学家约翰内斯·维斯利塞努斯指导下获得博士学位。
1899年,博施进入巴斯夫公司(BASF,当时全称巴登苯胺与苏打厂股份公司)工作。他在巴斯夫的职业生涯贯穿一生,从普通化学家逐步成长为公司的最高管理者。1907年,他被任命为巴斯夫的路德维希港工厂的厂区经理,1919年成为公司执行董事会成员,1925年巴斯夫并入法本工业联合体(IG Farben)后,他先后担任董事长(1925—1935年)和监事会主席(1935—1940年)。
博施在工业管理方面展现出卓越的组织才能,他将巴斯夫和法本打造成当时世界最强大的化学工业帝国。但纳粹上台后,法本工业联合体与纳粹政权的关系变得复杂,博施对此深感忧虑。他晚年健康状况恶化,长期受抑郁症和酗酒困扰。1940年,他在海德堡去世。
学术生涯
博施的科学生涯以一项标志性工程——哈伯-博施氨合成工艺的工业化——为核心。
从实验室到工厂的跨越。弗里茨·哈伯于1909年在实验室证明了氮气和氢气可以在铁催化剂和高温高压下直接合成氨。但哈伯的小型铁制反应器只能生产微量氨,而且反应条件苛刻——约500°C和200个大气压。巴斯夫的管理层对博施说:"给我们一座年产几千吨氨的工厂。"
博施面临的工程挑战近乎不可逾越:高温高压下的氢气极易腐蚀钢铁(氢脆现象导致高压容器爆炸);廉价高效的催化剂需要大规模筛选;气体原料(氮气和氢气)需要高纯度大规模供应;反应热的有效控制需要全新的热管理方案。
催化剂的筛选。博施的合作者阿尔温·米塔施(Alwin Mittasch)领导团队测试了超过2500种不同的催化剂配方,最终确定了含微量氧化钾和氧化铝助剂的铁基催化剂——这一配方至今在工业上仍被使用。
高压设备的革新。博施发明了双层高压反应管——内层采用抗氢腐蚀的低碳钢衬里,外层由高强度厚壁碳钢承压,解决了氢脆问题。他还设计了大型气体压缩机、循环系统和高效热交换器,每个组件都是当时工业技术的极限挑战。
经过五年的努力,1913年,第一座日产30吨合成氨的工厂在路德维希港附近的奥堡(Oppau)投产。哈伯-博施工艺被证明在工业规模上完全可行。
博施还将其高压创新技术延伸到甲醇合成(博施-梅尔系统)和煤的加氢液化(与贝吉乌斯竞争的方向),进一步丰富了高压化学工业的版图。
获奖成就
博施与弗里德里希·贝吉乌斯因"发明和发展化学高压方法"共同获得1931年诺贝尔化学奖。博施工艺的贡献在于氨的工业化生产,而贝吉乌斯则在煤的高压加氢方面有开创性工作。
主要荣誉:
- 诺贝尔化学奖(1931年)
- 巴斯夫公司执行董事(1919年)、董事长(1925年)
- 德国化学学会名誉主席(1929年)
- 海德堡大学、达姆施塔特工业大学等荣誉博士学位
- 德国国家科学院院士
- 以他名字命名的"博施反应器"和"博施工艺"
- 月坑"博施"以他命名
历史贡献
哈伯-博施工艺是人类历史上最重要的化学工程成就之一。在它出现之前,氮肥主要依赖智利硝石等天然资源,供应极不稳定且有限。人工合成氨使氮肥不再受自然资源限制,彻底改变了全球粮食生产格局。
据估算,全球约有一半的粮食产量依赖于哈伯-博施工艺生产的氮肥。换言之,今天地球近八十亿人口中,大约有一半的生存依赖于这一化学工艺。因此,博施和哈伯常被称为"从空气中制造面包的人"。
合成氨也为后来的硝酸生产、炸药工业(德国在第一次世界大战中的弹药供应高度依赖此工艺)以及各种含氮化工产品提供了基础原料。
博施的工程方法论——将大学中的基础化学发现转化为工业规模工艺——也树立了现代化学工程的范式。
轶事典故
博施的领导风格以务实和亲力亲为著称。在奥堡工厂建设期间,他多次亲自钻进高压反应器检查内部焊缝。有一次工厂发生轻微爆炸,他第一个冲向事故现场,毫不犹豫地戴上防毒面具查看反应器的损坏情况。巴斯夫的安全主管后来回忆说:"卡尔·博施就是我们的安全标准——他会亲自测试任何设备。"
博施在1920年代成为德国最有权势的工业家之一,但他对纳粹政权的态度始终复杂。他在法本高层会议上曾公开对党卫队的干预表示不满。他的传记作者认为,他晚年的抑郁和酗酒问题部分源于对纳粹滥用化学工业的深深无力感。
尽管博施富可敌国,但他个人生活极其简朴。他很少穿定制的西装,一件普通的大衣可以穿十年。他的座右铭是:"化工厂的每一分钱都应该花在反应器和管道上,而不是领带上。"
参考文献
- Bosch, C. (1935). Über die Entwicklung der chemischen Hochdrucktechnik. Berlin.
- Nobel Foundation. "Carl Bosch – Biographical". NobelPrize.org.
- 郭慕孙. (1984). 《化学工程基础》. 化学工业出版社.
- Haber, L. F. (1971). The Chemical Industry 1900–1930. Oxford: Clarendon Press.