沒有合成氨之前,世界各國的火藥什麼的基本上就只能來自於天然形成的硝石礦了,當然,靠著堆積糞便呀,刮牆角呀什麼的,也能收集到一點,但是到了十九世紀中後期,要靠這個來支援戰爭的消耗,那就簡直像是在說馬娘娘是中國人民在心中普遍崇拜的明星偶像一樣不靠譜了。
如今,世界上最大的一些硝石礦什麼的基本上都控制在英國人手上,所以,英國對於壓倒歐洲大陸上的那些傢伙是相當的有信心的,其中的一個重要原因就是,一旦英國人卡住硝石礦,用不了多久,歐洲人就沒火藥用了的。嗯,其中德國人的問題最為嚴重。所以德國人對於合成氨的興趣也非常之大,為此也認認真真的挑訓了一批水平不錯的專家到麥克唐納化學與醫藥公司來,和美國人進行合作研究。
氫氣和氮氣透過化學反應是可以合成氨氣的,但是這個反應是一個可逆反應。史高治知道,透過增加壓力,可以讓平衡向形成氨氣的那頭移動,而增加溫度卻會讓反應向著氨氣分解為氮氣和氫氣的一頭移動。但是如果降低溫度,又會讓反應速度下降,所以,為了提高反應速度,又必須增加溫度,而增加溫度又會讓反應向著分解成氮氣和氫氣的一端移動。所以又必須將壓力繼續增加。史高治知道,在使用催化劑的情況下,也必須將壓力增加到200個大氣壓以上,將溫度增加到600攝氏度,才能有相對較好的反應速度。而在這個時代裡,嗯,要保持這樣的高壓,可不容易。
利用來自德國的耐壓容器技術,美國和德國的化學家們開始了他們的研究。研究分成了幾個專案組分辨推進,一個專案組負責耐壓容器的製造實驗,一個負責研究如何工業化製造原料氣體——純淨的氮氣和氫氣。史高治甚至還親自參與了第二個小組的研究。
如何製取氫氣?嗯,學過初中化學的估計立刻就會告訴你,往鹽酸裡面放些金屬鋅。是的,在學校的化學實驗室裡,氫氣就是這樣製取的。但是這樣製取氫氣,成本非常高,實驗室裡玩玩倒還罷了,真要靠它來合成氨,估計會虧本虧得一塌糊塗。
“製取氫氣我可以想到的有兩種辦法,一種是直接電解水。嗯,這樣做技術上最簡單。而且我們現在也有了大規模發電的能力。透過這樣的辦法,我們能獲得非常純淨的氫氣。不過,考慮到現在的電價,這樣做的成本還是不便宜。而我們的目的是最終制造出廉價的尿素,給農民們使用,價格如果太高,農民們就用不起了,這樣的東西就沒有意義了。所以我覺得我們應該選擇一條技術上更負責,但是成本可以更低的辦法。嗯,我們可以在熾熱的焦炭上方吹入水蒸汽,這樣就可以獲得幾乎等體積的一氧化碳和氫氣的混和氣體了。”史高治說,“接下來的問題就是如何去掉這裡面的一氧化碳了。”
“我們可以給混合氣體加壓,這樣一來,一氧化碳首先就會液化,然後我們把液化了的一氧化碳匯出去,另外裝罐,剩下的氣體就是氫氣了。”一個叫做哈代的美國工程師提議說,“而且副產品的煤氣才能派上其他的用處。比如說作為燃料使用什麼的。”
“或者再加入一些水蒸氣,讓他們反應生成氫氣和二氧化碳。”另一個叫做哈勒爾的德國化學家則提出了這樣的建議。
在這兩個方案中,哈代的方案技術上更簡單,在常溫下,要讓一氧化碳液化,只需要三十五個大氣壓就夠了,相比將來進行合成氨的時候所需的五百多個大氣壓的壓力來說,這真的不算什麼難度。而在第二個方案中,將會生成氫氣和二氧化碳,在它最後的生成物當中,氫氣的數量比第一種方案多了整整一倍。至於雜質二氧化碳,要去除它在難度上也要比去除一氧化碳容易得多。於是史高治最終決定,採用第二個方案來進行研究。
雖然寫出這些化學反應的方程式非常簡單,用不上兩分鐘。但是,真要把它變