Помоги проекту - поделись книгой:
Однако иногда, как показано на схеме ниже, атомы водорода располагаются в молекуле ненасыщенного жира на разных сторонах. Такое расположение называется транс-конфигурацией (от латинского слова trans («транс»), означающего «на другой стороне»). Когда атомы водорода находятся на противоположных сторонах цепочки, молекулы имеют прямую форму и им удобнее укладываться друг на друга. Они размещаются аккуратно и плотно, и вещество из жидкого состояния легче кристаллизуется. Именно поэтому распространенные растительные комбижиры могут легко храниться в твердом виде у вас на кухне, хотя сделаны из растительных масел.
Рис. 4. Транс-конфигурация ненасыщенного жира (или трансжир)
Большое количество трансжиров, как правило, в природе
Впервые американцы узнали о ненасыщенных жирах, содержащих большое количество трансжиров, в 1980-е годы. Но, по правде говоря, этим продуктам уже более ста лет, и появились они в виде одного из самых популярных кулинарных продуктов Америки.
27 февраля 1901 года Вильгельм Норманн стал первым человеком, гидрогенизировавшим жидкое растительное масло. Он назвал этот процесс «гидрогенизация (или отвердевание) жиров».
14 августа 1902 года Норманну вручили немецкий патент № 141 029. Так родились трансжиры. Годом позже, когда Вильгельм получил патент и в Англии, Джозеф Кросфилд с сыновьями построили огромное производство (Joseph Crosfeld & Sons) в английском городе Уоррингтон. К 1909 году Кросфилд уже производил почти три миллиона килограммов частично гидрогенизированного растительного масла в год. Через пять лет уже более 20 фабрик по всему миру гидрогенизировали растительные масла, и все эти продукты содержали массу трансжиров.
В тот же год, когда Joseph Crosfeld & Sons начала массовое производство твердых растительных жиров, компания Procter & Gamble приобрела права на патент Норманна, причем изначально планировалось, что технология будет использована для производства мыла и свечей. Вскоре специалисты Procter & Gamble узнали, как применять технологию Норманна для превращения хлопкового масла из жидкого в твердое. Когда Уильям Проктер осознал, что его компания изобрела пищевой продукт, аналогов которому нет, он пошел к человеку, большую часть жизни продававшему растительное масло, положил перед ним твердый белый кусок и сказал: «Это хлопковое масло». Продукт стали называть «Криско» (Crisco), чтобы отразить в названии смысл — кристаллизированное хлопковое масло.
По многим причинам частично гидрогенизированные растительные масла в Crisco, содержащие трансжиры, превосходили другие виды существующих растительных масел и кулинарных жиров: 1) трансжиры более устойчивы при контакте с кислородом, поэтому срок годности у них гораздо длиннее, чем у животных жиров, например сливочного масла; 2) трансжиры горят только при очень высоких температурах, поэтому от готовки на растительных маслах нет такого количества дыма и их не нужно часто менять — просто находка для любого сотрудника, работающего весь день с фритюрницей; 3) у трансжиров нейтральный вкус, поэтому они не сбивают вкус пищи, которую на них готовят; 4) трансжиры так похожи на масло, что ими можно легко его заменить; 5) трансжиры чрезвычайно дешевы. Начиная с 1930-х годов они делались из масел, полученных при переработке соевых бобов, которые использовались в производстве кормов для животных. И кроме всего прочего, из-за того, что разные растительные масла отличались по текстуре, структуре, свойствам при намазывании и насыщении воздухом, полутвердые жиры, такие как Crisco, позволяли пекарям делать бисквит пышнее, сдобное печенье — более рассыпчатым, сухое — более хрустким, слоеные пироги — с большим количеством слоев, курицу зарумянивать до корочки, а круассаны печь более нежными и легкими. Представители компании Procter & Gamble поняли, что у них в руках золотая жила. Они продавали упаковки Crisco, прикрепляя их к кулинарным книгам со множеством рецептов, в каждом из которых требовался этот продукт для выпечки и жарки. Описывая Crisco в рекламе, компания использовала такие фразы, как «Полностью растительный продукт! Легко усваивается!» и «Совершенно новый продукт, научное открытие, которое изменит к лучшему жизнь каждой хозяйки в Америке!». Кроме того, поскольку Crisco кошерен, его продвигали со слоганом: «Евреи ждали Crisco 4000 лет». В 1940-х годах животные жиры, такие как сливочное масло, составляли две трети всех потребляемых жиров в США; к началу 1960-х годов с увеличением использования частично гидрогенизированных растительных масел, содержащих трансжиры, это соотношение изменилось.
По словам Джудит Шоу, автора книги Trans Fats («Трансжиры»), два события послужили своего рода стартом для индустрии частично гидрогенизированных растительных масел (трансжиров). Первым было принятие конгрессом законодательного акта в 1956 году на строительство системы автомагистралей между штатами. Это дало возможность ресторанам быстрого питания, таким как McDonald’s, Burger King, Taco Bell и Chili’s, открыть точки по всей стране. Благодаря длительному сроку хранения частично гидрогенизированных растительных масел печенье, жареную картошку, курицу и рыбу можно было перевозить по всей стране и не беспокоиться об условиях перевозки. Второй законодательный акт, подтолкнувший распространение трансжиров, был принят 6 сентября 1958 года: Поправка о добавках к пищевым продуктам. В документе, который был призван защитить американцев от потенциально опасных добавок, говорилось: «Пищевые продукты признаются некачественными, если в составе содержатся ядовитые или вредные вещества, которые могут нанести вред здоровью». К сожалению, пищевые добавки, использовавшиеся до 1958 года (например, частично гидрогенизированные растительные масла), не требовали одобрения Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA). И трансжиры как раз относились к ним.
В 1980-х годах частично гидрогенизированные растительные масла стали наиболее популярным продуктом для выпечки и жарки. К 2001 году гидрогенизация стала четвертым по масштабу процессом производства пищевых продуктов в мире. Также в 2001 году Центр по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) опубликовал данные ежегодной статистики по сердечно-сосудистым заболеваниям в США: у 12,6 миллиона американцев была ишемическая болезнь сердца; 5,4 миллиона проходили лечение от заболеваний сердца; 500 000 человек умерли от сердечных приступов и ударов. Цена лечения болезней сердца составляла около 300 миллиардов долларов в год.
Центр по использованию достижений науки в интересах общества (CSPI) и Национальная ассоциация заботы о сердце (NHSA), предав анафеме компании, использующие тропические масла (кокосовое и пальмовое) и животные жиры (сливочное масло), в которых содержалось большое количество веществ, считающихся злом, невольно вынудили американцев покупать куда более опасный продукт — трансжир. Внезапно «здоровой альтернативой» стал, например, маргарин, содержащий 25 % трансжиров. К началу 1990-х годов десятки тысяч продуктов были изготовлены с использованием частично гидрогенизированных растительных масел. Ввиду того что они были дешевы, кошерны и рекламировались как полезные для сердца, их просто сметали с полок.
В 1981 году группа валлийских исследователей забила тревогу, опубликовав статью, где они утверждали, что трансжиры, содержащиеся в частично гидрогенизированных растительных маслах, связаны с заболеваниями сердца. Девять лет спустя в престижном New England Journal of Medicine двое голландских ученых опубликовали результаты исследований, подтверждающие данные валлийских коллег. Впервые американцы начали осознавать, что не все ненасыщенные жиры полезны. В 1993 году исследование, проведенное учеными из Гарварда, показало, что если человек заменит всего 2 % источников энергии, получаемой из трансжиров, источниками с другими ненасыщенными жирами, то уменьшит риск сердечных заболеваний на 33 %; другой эксперимент показал, что сокращение трансжиров в рационе может снизить риск сердечных заболеваний на 53 %. Позже Гарвардская школа общественного здравоохранения подсчитала, что устранение трансжиров из продуктов питания американцев предотвратит 250 000 сердечных приступов и связанных с ними смертей в год!
Изучая общее количество жиров и холестерина в пище, а также ненасыщенных жиров, ученые приходили к противоречивым или неубедительным результатам. В отличие от этих исследований ни один авторитетный специалист не публиковал ни одной статьи, где бы говорилось, что трансжиры — не самый вредный продукт. По мере того как ученые все лучше понимали, что не все ненасыщенные жиры одинаковы, проблема с трансжирами стала до боли очевидной.
А как насчет холестерина? Разве не его нашли в коронарных артериях людей, страдающих атеросклерозом? Да, это так, и холестерин, как важный компонент клеток, был найден в липидных бляшках, блокирующих коронарные артерии. Но там был один конкретный тип холестерина — липопротеин низкой плотности (ЛПНП), иначе известный как «плохой» холестерин. Причина, по которой сторонники здорового образа жизни боролись против продуктов с высоким содержанием насыщенных жиров, была в том, что насыщенные жиры повышают ЛПНП-холестерин. Правда, в тот момент они не осознавали, что существует два разных типа холестерина ЛПНП. Есть более рыхлый вид, клетки которого больше по размеру, и он не вреден, а есть вариант с меньшими клетками, он плотнее и называется ЛПОНП-холестерин; вот он-то довольно опасен. Насыщенные жиры повышают содержание не очень плохого типа — ЛПНП, но не увеличивают очень плохой — ЛПОНП.
Есть и другой тип холестерина, и он полезен. Называется липопротеин высокой плотности, или ЛПВП. Его клетки удаляют ЛПОНП из коронарных артерий и транспортируют в печень, где он выводится из организма. Насыщенные жиры не увеличивают и не уменьшают количество ЛПВП в крови.
Итак, что получается: ни насыщенные жиры, ни определенные типы холестерина не оказываются обязательно вредными для вас. А вот трансжиры — совсем другая история. Они не просто значительно повышают ЛПНП, то есть вредный холестерин, но также резко снижают ЛПВП, или полезный холестерин. По этой причине в 2006 году в статье, опубликованной в New England Journal of Medicine, говорилось: «Если рассуждать о калорийном составе пищи, трансжиры увеличивают риск заболеваний сердечно-сосудистой системы больше, чем любой другой макроэлемент».
В Поправке о добавках к пищевым продуктам упоминалось, что добавки, использовавшиеся до 1958 года, не требовали одобрения Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA), но там был один пункт, на основе которого FDA могло действовать: «Пищевые продукты должны быть изучены с точки зрения современных научных данных, если их использование будет продолжаться». В 1994 году работники здравоохранения впервые подали петицию в Управление по контролю за продуктами и лекарствами с просьбой ограничить использование трансжиров. В 1999 году, то есть только через пять лет, FDA наконец-то объявило, что начнет разрабатывать план по ограничению потребления трансжиров. Прошло еще три года, но ничего так и не было сделано.
10 июля 2002 года Институт медицины (МОМ) выступил с заявлением, чтобы подтолкнуть FDA к действиям. Представители МОМ говорили, что любое количество трансжиров опасно для организма, поэтому они рекомендуют «верхний уровень потребления, равный нулю». В тот момент, когда МОМ подвел черту и перешел к решительным действиям, 95 % печенья, 80 % замороженных полуфабрикатов для завтрака, 75 % закусок и чипсов, 70 % смесей для выпечки и 50 % хлопьев содержали трансжиры.
В конечном счете общественные агитационные группы выразили сожаление по поводу непреднамеренного продвижения ненасыщенных жиров, содержащих трансжиры. В 2004 году исполнительный директор Центра по использованию достижений науки в интересах общества сказал: «Двадцать лет назад ученые, включая меня, считали трансжиры безобидными. С тех пор мы поняли обратное». Год спустя Уолтер Уиллетт, профессор медицины Гарвардской медицинской школы и заведующий кафедрой питания Гарвардской школы общественного здравоохранения, рассказал репортеру New York Times: «Многие построили карьеру, говоря людям, что вместо сливочного масла нужно есть маргарин. Когда я был врачом в 1980-х годах, я тоже именно в этом и убеждал пациентов, и, к сожалению, часто мы преждевременно отправляли их в могилу».
Когда сторонники здорового образа жизни думали, что риск сердечно-сосудистых заболеваний повышают холестерин, или жиры вообще, или насыщенные жиры, они просто запускали информационные кампании, чтобы сообщить об этом людям. Трансжиры, напротив, были настолько опасны, что их присутствие в продуктах питания заставило правительство приложить усилия по их запрету. Началось это в Европе.
1 января 2004 года Дания приняла закон, ограничивающий содержание трансжиров в любых продуктах питания: не более чем в 2 % от общего количества жиров. Потребление трансжиров снизилось: если в 1975 году человек в среднем съедал 4,5 г трансжиров в день, то в 1993 году — 2,2 г, в 1995 году — уже 1,5 г, а к 2005 году потребление упало почти до 0 г на человека. К 2010 году в стране сердечно-сосудистые заболевания и связанная с ними смертность снизились на 60 %.
1 января 2006 года, то есть через 12 лет после того, как была написана петиция, FDA наконец-то объявило о намерении потребовать от производителей упакованных пищевых продуктов отмечать количество трансжиров на этикетке. К концу года 84 % американцев что-то знали о трансжирах и по крайней мере половина могли правильно оценить риски для здоровья. Компания KFC добровольно убрала трансжиры из производства, за ней последовали Applebee’s, Arby’s, Taco Bell и Starbucks. Некоторые крупнейшие в стране поставщики продуктов питания, такие как Kraft, Sodexo и Frito-Lay, которые делают Doritos, Tostitos и Cheetos, также исключили их. К 2008 году количество трансжиров в готовых продуктах сократилось вдвое. К 2012 году они были выведены примерно из 10 000 продуктов и запрещены в ресторанах по крайней мере 13 административных территорий США. Например, в Нью-Йорке призвали 20 000 ресторанов и 14 000 поставщиков продуктов питания отказаться от использования частично гидрогенизированных растительных масел, содержащих трансжиры.
Однако, к сожалению, всегда есть лазейка. Если продукты содержат меньше 0,5 г трансжиров, то FDA позволяет производителям указывать 0 г трансжиров на упаковке продукта. Из-за того, что многие продукты содержат их чуть меньше, чем 0,5 г, есть вероятность, что в день человек съедает более 2 г трансжиров — нормы, установленной Американской ассоциацией изучения сердечных заболеваний. Например, бисквитные пирожные со сливочной начинкой содержат 0,46 г, но на упаковке указано 0 г. И на этикетке попкорна для микроволновки, содержащего 0,25 г трансжиров, также написано 0 г. Они все еще содержатся в некоторых марках маргаринов и сливок для кофе. И они все еще есть в печенье Berger. Чтобы избежать скрытых трансжиров, нужно смотреть, есть ли на упаковке фраза «частично гидрогенизированное растительное масло».
Каждые несколько лет сообщество химиков Германии присуждает премию Вильгельма Норманна за выдающийся вклад в исследование и изучение жиров. По иронии судьбы именно открытие Норманна — превращение ненасыщенных жиров в трансжиры, — вероятнее всего, вызвало больше болезней и смертей, чем любая другая искусственная химическая реакция в истории.
Итак, какой же урок следует извлечь? Можно ли было всего этого избежать? Снова скажу, что, как и в случае с обезболивающими, все дело в данных. В конце 1970-х годов, когда комитет Макговерна постановил, что объем жиров в рационе не должен превышать 30 % от общего количества калорий, не было достаточно сведений, чтобы официально это рекомендовать. Точно так же, когда появились инструкции по поводу типа жиров, исследования противоречили друг другу. Несколько экспериментов показало, что насыщенные жиры могут повысить частоту сердечных заболеваний, при этом одно валлийское исследование, опубликованное в то же время, обнаружило прямо противоположный эффект: ненасыщенные жиры резко увеличивают риск сердечных заболеваний. Этот конфликт должен был по крайней мере заставить нас ненадолго остановиться. Но все пошло не так: появилось множество ничем не обоснованных заявлений о том, что маргарин — «полезная для сердца» альтернатива сливочному маслу (хотя на самом деле все как раз наоборот), и его подавали в Америке повсюду.
Глава 3. Кровь из воздуха
Тысячи ж бед улетевших меж нами блуждают повсюду,
Ибо исполнена ими земля, исполнено море.
Мы не так уж сложно устроены. При том что все люди разного роста и веса, своих форм и размеров, с уникальными историями жизни, мы отличаемся характерами, у нас несхожие гены, а также белки и энзимы, которые из них состоят, все равно наш «комплект» сводится к четырем основным элементам: водород, кислород, углерод и азот. Если какой-то из этих элементов исчезнет с Земли, нам придет конец.
Три элемента из четырех получить очень легко.
Источник водорода — вода, которую мы пьем, поскольку молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода (H2O). Кислород, что неудивительно, поступает в организм из воздуха, которым мы дышим (O2). (Только рыбы благодаря наличию жабр могут получать кислород из воды.) Углерод тоже поступает из воздуха: зеленые растения под действием солнечного света поглощают из него углекислый газ (CO2) и всасывают в виде сложных сахаров, которые содержат углерод (этот процесс называется фотосинтезом). Мы получаем углерод, когда едим растительную пищу или мясо травоядных животных. Как бы то ни было, воды и воздуха в природе более чем достаточно, а значит, у нас в изобилии водород, кислород и углерод.
Самое слабое звено в цепочке — азот, который поступает к нам только из почвы. Когда фермеры выращивают злаки и другие культуры — кукурузу, пшеницу, ячмень, картофель или рис, — почва истощается, и азота в ней становится меньше. Чтобы продолжать выращивать сельскохозяйственные культуры, его нужно возместить, то есть обогатить им землю. Есть три способа наполнить ее азотом. Можно использовать натуральные удобрения, полученные из перегнивших растений или навоза. Или чередовать посев злаков с бобовыми (например, нутом, люцерной, горохом, соей или клевером); на их корнях живут бактерии, способные брать азот из воздуха и перерабатывать, чтобы он насыщал почву (это называется азотфиксацией). А можно подождать грозы: как выяснилось, удар молнии способствует усвоению азота из воздуха[11].
Если бы фермеры всех стран и континентов использовали каждый сантиметр плодородной земли, удобряли поля, чередовали сельскохозяйственные культуры и убеждали людей стать вегетарианцами, они могли бы накормить около четырех миллиардов человек. Но уже в 2016-м на Земле жило более семи миллиардов. И хотя многие голодают, проблема не в том, что не хватает еды. Ее достаточно. Проблема в том, что мы не прилагаем усилий, дабы обеспечить ею тех, кто в ней нуждается.
Итак, как же фермеры научились это делать? Как стало возможно накормить столько человек? Ответ кроется в событии, произошедшем 2 июля 1909 года.
Именно благодаря одному случаю 50 % азота в наш организм поступает из природных источников, а 50 % — благодаря работе человека, который одновременно и спас наши жизни, и проложил путь к гибели.
Фриц Габер родился 9 декабря 1868 года в немецком городе Бреслау[12]. Его родители, Зигфрид и Паула, были двоюродными братом и сестрой и поженились вопреки возражениям семьи. Вскоре произошла трагедия: через три недели после рождения Фрица, в канун Нового года, молодая мама умерла от послеродовых осложнений. Зигфрид так и не оправился после ее смерти, погрузился в глубокую депрессию и с головой ушел в работу, не обращая никакого внимания на сына. Фрица воспитывали тетя, бабушка и экономка. Через семь лет Зигфрид женился снова, в этом браке у него с разницей в пять лет родились три девочки. Он стал любящим отцом — но для дочерей, сына же продолжал не замечать, поскольку при его виде постоянно вспоминал о гибели первой жены. В юности Фриц более всего хотел получить одобрение отца, но безуспешно.
Однажды произошло событие, окончательно порвавшее отношения между ними. Окончив среднюю школу, Фриц до поздней ночи праздновал в пабе. Но завтрак в доме Зигфрида Габера подавали ровно в 7:15, и не было никаких исключений из правил и никаких оправданий для тех, кто его пропускал. Когда Зигфрид увидел, что Фриц еще спит, он повел дочерей в спальню сына и сказал: «Смотрите внимательно! Так начинается жизнь пьяницы!» Сорок лет спустя мужчина плакал, рассказывая эту историю другу, поскольку ему так и не удалось смириться с разочарованием и отчуждением отца.
Не сумев добиться отеческой любви, Фриц стал пытаться завоевать любовь Отечества, но и оно, несмотря на выдающиеся достижения ученого, жестоко отвергло его.
В 19 лет Фриц поступил в Гейдельбергский университет. Там его наставником стал Роберт Бунзен, благодаря которому молодой человек влюбился в химию, начав с помощью недавно изобретенной горелки Бунзена изучать спектры светового излучения. В отличие от сверстников, Габера не вдохновляла карьера ученого; он хотел сделать что-то имеющее практическую ценность, применимое в промышленности и даже способное произвести там революцию. И парень ушел из университета, работал на винокурне в Будапеште, на фабрике удобрений под Освенцимом и в текстильной компании под Бреслау.
Когда Габеру исполнилось 22 года, он вернулся в германскую столицу, стал посещать Берлинский технический университет и работать с Карлом Либерманом — первым ученым, которому удалось синтезировать ализарин, популярный красный краситель. Фриц увидел будущее синтетических красок, решив, что это отличный союз его влюбленности в химию и неутоленной потребности в одобрении папы. Зигфрид Габер покупал и продавал натуральные красители, а его сын надеялся, что выведет компанию отца из средневековья натуральных средств и для того начнется новая яркая эра искусственных красителей.
Однако Фриц не был хорошим бизнесменом. В 1892 году, когда по портовому Гамбургу прокатилась эпидемия холеры, он убедил отца скупить все имеющиеся запасы хлорной извести — единственного известного дезинфицирующего средства. Эпидемия быстро утихла, а Габеры остались с никому не нужным продуктом небольшой ценности. Зигфрид обозвал сына дураком и прогнал. «Поступай в университет! — кричал он. — Тебе не место в бизнесе!»
В возрасте 26 лет Фриц оставил красильный бизнес и начал учебу в университете Карлсруэ. Там, на Рейне, к югу от Гейдельберга, он сделал то, что большинство химиков в то время считали невозможным. За это открытие Фриц Габер получил Нобелевскую премию. Но когда он отправился получать ее в Стокгольм, несколько других лауреатов бойкотировали это событие, не в силах смириться с теми зверствами, которые совершил Габер.
Осенью 1898 года президент Британской академии наук Уильям Крукс произнес в бристольском мюзик-холле речь, которую позже назовут лучшим выступлением века. Этот ученый занимался химией и физикой, открыл новый химический элемент таллий и изобрел электронно-лучевую трубку, которую потом будут использовать в компьютерах и телевизорах. За год до этой лекции королева Великобритании пожаловала Круксу рыцарское звание. Уильям Крукс привык, что на протяжении большей части карьеры оказывался прав и, когда он вставал и произносил речь, его обычно слушали.
Все в зале были уверены: Крукс сделает то же, что и предшествующие президенты академии, — нагонит скуку, зачитывая список благодарностей британским ученым. Но он вышел за рамки протокола. «Англия и другие страны могут подвергнуться смертельной опасности», — начал он, а затем пояснил, как развитие науки и медицины поставило человечество перед выбором. Люди стали жить дольше, а значит, нужно прокормить гораздо больше ртов. Поскольку сельское хозяйство велось уже на всех крупных равнинных территориях планеты, а с каждого акра можно было накормить только десять человек, к тому же города все сильнее разрастались, стало очевидно, что ситуация, когда людям будет нечего есть, всего лишь вопрос времени. «Цивилизованные народы», по словам Крукса, оказались на грани вымирания от голода.
Крукс предположил, что люди начнут гибнуть в 1930-е годы, сначала тысячами, потом сотнями тысяч, потом миллионами. Ученые расходились во мнениях относительно того, когда начнется голод, но в том, что это произойдет, никто не сомневался: население росло быстрее, чем возможности людей прокормить себя. Решением, по мнению Крукса, было создание синтетического азотсодержащего удобрения. Ученым нужно было найти способ получать азот из воздуха и каким-то образом превращать его в форму, удобную для добавления в почву. Способов азотфиксации с помощью бобовых или молнии было недостаточно. «Фиксация азота жизненно необходима, чтобы цивилизованное человечество продолжало развиваться, — сказал Крукс. — Нам на помощь должен прийти химик. Только в лабораторных условиях можно остановить голод и достичь изобилия».
Уильям Крукс бросил вызов науке. Азотфиксация в лабораторных условиях с целью получения синтетического удобрения стала своего рода «святым Граалем» химии. Но найти его было не так легко.
Ни одной стране не было настолько важно решить задачу с искусственным удобрением, как Германии. В самом начале XX века ее население достигло 58 миллионов, причем большинство жили в густонаселенных городах. Немецкие фермеры делали для почвы все что могли, тщательно перерабатывая растительный перегной и навоз, но этих мер было недостаточно. Необходимо было найти другой источник натуральных удобрений, без него страна не смогла бы выжить. Для этого Германия отправила своих моряков за океан.
Южноамериканская пустыня Атакама богата натуральным азотом в виде нитратов. (Нитраты, или соли азотной кислоты, молекулы которых состоят из одного атома азота и трех атомов кислорода, — прекрасные источники природного азота.) В Чили нитраты были, и к 1900 году там добывалось две трети всех использовавшихся на планете натуральных удобрений. Одна треть расходовалась в Германии. Эта страна настолько нуждалась в удобрениях, что на рубеже веков импортировала 350 000 тонн нитратов. К 1912 году этот объем возрос до 900 000 тонн. Зависимость Германии от чилийских источников азота делала ее уязвимой во время войны, а Первая мировая была не за горами. Иностранный флот мог перекрыть путь в Чили, и немецкому населению пришлось бы голодать.
Между тем карьера Габера в университете Карлсруэ развивалась блестяще.
В 1896-м, через два года после поступления, Фриц написал книгу о физической химии. С нее началась его основная работа, и именно благодаря этому изданию он стал доцентом кафедры. В 1898-м, как раз когда Уильям Крукс произнес известную речь, Габер опубликовал вторую книгу, объединяющую теоретическую и практическую химию (это издание послужило толчком к дальнейшему продвижению по службе). В 1905 году у него вышла третья книга — о термодинамике, благодаря которой автор взлетел до поста руководителя. На тот момент ему было 37 лет.
Третью опубликованную работу Габер посвятил своей жене Кларе. Он познакомился с ней еще студентом в Бреслау, женился за четыре года до выхода книги, и у них родился сын Герман. Клара была исключительным человеком: рожденная в семье химиков, она стала единственной дамой, получившей докторскую степень по химии в университете Бреслау, а также одной из первых женщин в Германии с докторской степенью. Но, попав в жернова характерной для того времени гендерной дискриминации, из молодого яркого ученого Клара превратилась в унылую домохозяйку, вынужденную молча наблюдать, как муж в поисках славы игнорирует семью. Этот брак ее не устраивал. «Фриц настолько рассеян, — как-то сказала она, — что если бы я время от времени не приносила ему сына, то он даже бы не знал, что является отцом».
При этом самому Габеру работа в университете Карлсруэ сулила массу возможностей. У этого образовательного учреждения были прекрасные отношения с крупным химическим концерном Badische Anilin & Soda-Fabrik (BASF), расположенным рядом, чуть ниже по течению Рейна. Если бы Фриц хотел найти практическое применение своей работе, лучшим решением было бы сотрудничать с BASF. И что еще важнее, Германия на тот момент была самым подходящим местом для исследований по химии и физике. Во время правления Вильгельма II немецкие профессора сформулировали самые блестящие теории, ученые сделали наиболее выдающиеся открытия и лучше всего развивалась промышленность. В результате немцы получили больше Нобелевских премий, чем их конкуренты из других стран. Когда к власти пришел Адольф Гитлер, все пошло прахом. Но в то время, когда Фриц Габер поступил в университет Карлсруэ, Германия была лучшим местом для тех, кто искал «святого Грааля» в химии.
Немцы уже объездили полмира в поисках азота, что, в общем, не имело никакого смысла: воздух на 79 % состоит из азота. Более того, над каждым квадратным метром поверхности Земли ежедневно циркулирует семь тонн этого вещества. Проблема другая: в природе азот не существует в атомарном виде (N). В молекуле азота два атома (N2) соединены тройной связью, которую, по сути, нельзя разрушить; этот элемент считается самым стойким соединением. И хотя молекулярным азотом (N2), содержащимся в воздухе, можно надуть миллион воздушных шаров, того же количества не хватит, чтобы вырастить даже один початок кукурузы.
В книгах по химии элемент N2 описан как не обладающий запахом, бесцветный, негорючий, невзрывчатый, нетоксичный и химически неактивный, то есть инертный. Его главная характеристика, ключевое слово для описания, — неспособность к взаимодействию, безжизненность. Если азот используется в каких-то биологических процессах (например, для формирования аминокислот, белков, ферментов, ДНК и РНК), то он должен быть разбит на два отдельных атома. И только в атомарном состоянии (N) в соединении с водородом может образовать молекулу аммиака (NH3) или же в связи с кислородом сформировать нитраты (NO3). И аммиак, и нитраты можно использовать в качестве удобрения для насыщения почвы азотом и получения хорошего урожая.
Поскольку в естественных условиях молекула азота сама не разбивается на атомы, для этого требуется создать условия неестественные, выполнить действия, которые в определенном смысле противоречат природе. К 1909 году, когда Фриц Габер впервые предложил экономически целесообразный способ разбиения молекулы азота на атомы, на эту тему было опубликовано уже более 3000 статей, но ни одна не давала ответа на вопрос. Запасы азота на планете постепенно истощались. Время близилось к исходу.
Формула образования аммиака проста:
N2 + 3H2 <=> 2NH3
Если читать ее слева направо, то два атома азота, собранные в молекулу, соединяются с тремя молекулами водорода (каждая из которых, в свою очередь, состоит из двух атомов), в результате образуются две молекулы аммиака. Габер знал, что аммиак будет превосходным синтетическим удобрением.
Чтобы химический процесс действительно протекал так, как написано в формуле, то есть чтобы спровоцировать его к переходу от левой части уравнения к правой, Габер использовал очень высокие температуру и давление. В 1904 году он обнаружил, что лишь 0,005 % всего вступившего в реакцию азота образовали аммиак (то есть перешли из левой части уравнения в правую). И это количество было значительно меньше тех, что могли бы иметь хоть какой-то практический смысл. Габер попробовал разные катализаторы, чтобы ускорить реакцию и повысить урожаи, — металлы, например никель или марганец. С их помощью он пытался создать условия, в которых атомы азота и водорода с большей готовностью вступали бы в реакцию. Но ничего не работало. Габер пришел к выводу, что нет никакого практического смысла пытаться получить аммиак из азота, содержащегося в воздухе, и оставил эту идею. Тем не менее результаты своих исследований опубликовал в ведущем химическом журнале.
Публикация Габера привлекла внимание Вальтера Нернста, директора Геттингенского института, первого профессора физической химии и настоящего гиганта мысли в этой области. Большую часть академической карьеры Нернст занимался термодинамикой и впоследствии сформулировал ее третий закон (он же теорема Нернста), за что и удостоился Нобелевской премии. Данные в публикации Габера противоречили тем, что были рассчитаны по теореме Нернста. Профессор вместе с ассистентом повторил эксперимент, но результаты еще больше расходились с данными Габера. Нернст немедленно написал Фрицу письмо, чтобы выразить свое недовольство по этому поводу.
Габер воспринял критику Нернста близко к сердцу, повторил эксперименты и пришел к выводу, что Вальтер действительно прав. Оба ученых провели аналогичные опыты и выяснили: синтезировать аммиак из азота, содержащегося в воздухе, слишком неэффективно. Но Нернст этого так не оставил. Он счел первую публикацию Габера личным оскорблением и принял решение унизить его. В мае 1907 года на международной встрече Немецкого общества прикладной физической химии имени Бунзена Вальтер вызвал Фрица на дискуссию. «Я бы хотел предложить профессору Габеру прямо сейчас использовать метод, который наверняка даст по-настоящему точные значения», — сказал он. Позже Нернст назовет результаты исследования Фрица stark unrichtigen Zahlen, или «невероятно неточными», и скажет, что фиксация азота в лабораторных условиях — дурацкая затея. Публичная критика перед лицом собравшихся коллег очень задела и разозлила Габера. Чтобы восстановить репутацию, он задался целью отомстить Нернсту и довести опыты по получению аммиака из азота, содержащегося в воздухе, до приемлемого результата.
После дискуссии в Обществе имени Бунзена Фриц Габер несколько раз совершил невозможное. Во-первых, к нему в лабораторию пришел молодой химик из Англии по имени Роберт Ле Россиньоль. Он был изобретательным человеком и умел проводить эксперименты. В конце концов они сконструировали небольшой настольный аппарат из кварца и железа, способный выдерживать температуру 1832 °F (1000 °C), то есть достаточно высокую, чтобы расплавить медь, и давление 206 843 гПа — им можно разрушить подводную лодку. Во-вторых, Габер нашел катализатор, ускоряющий реакцию, — редкий металл осмий, из которого делали нить накаливания для электрических лампочек. В-третьих, придумал способ быстро охлаждать аммиак, чтобы тот не успевал сгорать при высоких температурах. И наконец, самое важное: Карл Энглер, научный руководитель Габера в университете Карлсруэ, настоял, чтобы концерн BASF спонсировал эксперименты Фрица. Если все получится, патент принадлежал бы BASF, а у Габера появился бы коммерческий партнер.
Габер и Ле Россиньоль пробовали разные приспособления, температурные режимы и давление. И в конце концов март 1909 года подарил первые проблески успеха. Фриц был в полном восторге. И когда его коллега мечтательно вспоминал: «Вижу, как сейчас, целый кубический сантиметр аммиака! Фантастика!» — Габер кричал ему: «Успокойтесь, вы еще рассмо́трите, как жидкий аммиак потечет по трубам!» Вещества получилось немного, примерно одна пятая чайной ложки, но это было только начало. Уже через несколько месяцев аппарат Габера и Ле Россиньоля работал круглосуточно, производя аммиак.
2 июля 1909 года компания BASF направила двух представителей в лабораторию Фрица Габера: Карла Боша, главного научного сотрудника, и Альвина Митташа, химика и эксперта в области катализаторов. К сожалению, один из помощников Габера слишком сильно затянул затвор, и во время демонстрации тот начал протекать. Бош несколько часов прождал его ремонта, а затем ушел. Но Митташ остался. После того как прибор починили и заново запустили реакцию, все сработало превосходно, и за пять часов демонстрационной работы аппарат произвел 85 г аммиака. Итог был на несколько порядков выше предыдущего. Вместо прежних 0,005 % теперь удалось получить около 8 %. Митташ был убежден, что этот результат уже выгоден коммерчески. Он отправился в BASF с хорошими новостями для Боша.
Небольшое количество аммиака, которое несколько человек получили во второстепенном университете немецкого города Карлсруэ, вскоре изменит мир. Благодаря этому открытию Фриц Габер сильно разбогатеет, заплатив, однако, за это высокую цену.
После успеха в лаборатории компании BASF нужно было наладить производство, пока имея в распоряжении только настольный прибор. С нелегкой задачей увеличения масштабов справился Карл Бош.
Ему исполнилось всего тридцать пять, когда он встал во главе этого проекта. Сын поставщика газового и сантехнического оборудования из Кельна, он сначала руководил мастерской отца. Еще в детстве Карл как-то соскреб лаковое покрытие с родительской кровати, чтобы увидеть дерево, из которого она была сделана. Затем он по винтикам разобрал швейную машинку матери, чтобы посмотреть, как она устроена. В юности часто бывал на фабрике отца и учился паять, работать на металло- и деревообрабатывающих станках — то есть изучал все то, что потом ему очень пригодилось.
По образцу представленного Габером аппарата через десять месяцев в небольшой деревне Людвигсхафен[13] недалеко от Карлсруэ Карл Бош создал свой. Настольный аппарат Габера высотой 60 см превратился в восьмиметровую мегамашину. Официально фабрика открылась 18 мая 1910 года. За два месяца на ней произвели более 900 кг аммиака, а к началу января 1911 года объемы производства достигли 3600 кг в день. Бош перенес производство немного ниже по Рейну, в город Оппау.
Завод стоимостью более 100 миллионов долларов официально открылся в сентябре 1913 года и стал первым предприятием по промышленному производству аммиака. У него была собственная служба грузоперевозок со своей железной дорогой, протянувшаяся на многие километры разветвленная система трубопроводов, но центром этой вселенной были компрессоры размером с локомотив, выдерживающие такие температуры и давление, которых никогда еще не добивались в этой отрасли. Всего на заводе работали более 10 000 человек, а 250 химиков и тысяча ассистентов трудились в пятиэтажной исследовательской лаборатории. Здесь эксперименты Габера и Ле Россиньоля проводились на промышленном уровне. Химики из BASF тестировали 4000 разных катализаторов, проводя при этом 20 000 независимых экспериментов. К концу года завод в Оппау работал круглосуточно и производил 60 000 тонн аммиака в год! Теперь, насколько поняли немцы, чилийские нитраты никому не нужны.
За свою работу Карл Бош удостоился Нобелевской премии. Это был первый случай в истории, когда премию дали человеку за то, что он вывел на рынок технологию, которую не сам открыл. Но не обошлось без трагедии: в 1921 году на заводе в Оппау случился взрыв[14], погубивший более 500 человек.
За свое выдающееся открытие Фриц Габер получил награды, почтение и высокие звания и признание университетов, профессиональных сообществ и королевских семей по всей Европе. Советский Союз избрал его членом Национальной академии наук, а Американская академия искусств и наук — почетным иностранным членом.
Когда страсти немного улеглись, Габер понял, что пришло время переехать из Карлсруэ в многонациональный интеллектуальный центр Германии — Берлин. Ему сделали предложение, перед которым невозможно было устоять, — возглавить Институт физической химии и электрохимии имени кайзера Вильгельма. Фриц стал получать баснословную зарплату, кроме того, ему выделяли 300 000 марок в год на покрытие расходов, предоставили виллу для проживания с семьей и присвоили звание почетного профессора и заведующего кафедрой в Берлинском университете. Институт кайзера Вильгельма, расположенный в пригороде Берлина под названием Далем, стал первым в Германии институтом фундаментальной науки, финансируемым исключительно федеральным правительством. На пике развития Общество содействия науке кайзера Вильгельма управляло 38 такими научно-исследовательскими институтами по всей стране, в которых работали более тысячи ученых и 11 лауреатов Нобелевской премии. Самой яркой звездой среди исследовательских учреждений был институт Фрица Габера в Далеме.
Другие страны последовали примеру Боша. К 1963 году по всей планете уже работало 300 аммиачных заводов и еще сорок строилось. Теперь из воздуха получали и распределяли по поверхности земли в качестве удобрения уже более 130 миллионов тонн азота. Более трех миллиардов живущих сегодня людей — и более миллиарда в будущем — обязаны существованием Фрицу Габеру и Карлу Бошу. Никогда в истории так много народа не было вдоволь обеспечено пищей.
Вероятно, больше всех остальных заметил важность процесса Габера — Боша Норман Борлоуг, получивший в 1970 году Нобелевскую премию мира за Зеленую революцию[15]. Борлоуг вывел новые виды пшеницы и риса. Но он прекрасно понимал, кто на самом деле был героем этой истории. «Если высокоурожайные сорта карликовой пшеницы и риса считать катализаторами, запустившими Зеленую революцию, — сказал он в благодарственной речи на вручении премии, — то химическое удобрение стало топливом, сделавшим этот процесс возможным». В течение последних ста лет процесс Габера — Боша оставался практически неизменным, а аммиак — химическим веществом, которое синтезируют чаще других.
Но ни одна страна не продемонстрировала мощь процесса Габера — Боша больше, чем Китай.
В 1972 году президент США Ричард Никсон приоткрыл «бамбуковый занавес»[16] и посетил Китай. С ним был Джеймс Финнеран, член руководства компании M. W. Kellogg (MWKL). В Китае тогда перерабатывали больше отходов жизнедеятельности людей и животных, чем во всех остальных странах. Каждый грамм природного азота переносили даже на самые маленькие участки обрабатываемой земли. Больше пищи, чем производил Китай, изготовить было просто невозможно. Но этого не хватало. Крестьяне поедали домашний скот, дикие овощи, варили суп из травы, собирали кору с деревьев; в некоторых районах наблюдались случаи каннибализма. К 1961 году около 30 миллионов китайцев умерли от голода. Те, кто выжил, ели рис с минимумом овощей; мясо было редкостью; еда строго нормировалась. Хуже того, население Китая росло со скоростью 10 миллионов человек в год.
Компания M. W. Kellogg построила самый продуктивный завод по производству аммиака в мире. Финнеран сопровождал Никсона в Китай с намерением помочь местным промышленникам создать собственное предприятие, предполагая, что одно они все-таки построят. В результате появилось 13 заводов. В течение нескольких лет производство удобрений в Китае удвоилось, фермеры стали выращивать больше сельскохозяйственных культур, которых хватало не только для питания людей, но и для кормления животных. Мяса оказалось в изобилии. К 1989 году Китай стал крупнейшим в мире производителем и потребителем синтетических удобрений. И хотя там проживает одна пятая населения мира, проблема недоедания в этой части планеты отпала. Возникла иная проблема: в 1982 году 10 % населения Китая страдали от ожирения (вес на 35 % или более превышал идеальную массу тела). К началу 1990-х годов это количество возросло до 15 %. Сегодня более 30 % жителей Пекина имеют избыточный вес, а детское ожирение стало национальной проблемой.
В 1924 году, через пять лет после получения Нобелевской премии, Фриц Габер выступал в Институте Франклина (Филадельфия), превознося достоинства науки. «Банкир и юрист, промышленник и купец, несмотря на ведущие позиции в жизни, всего лишь чиновники, — сказал он. — Миром правят естественные науки. Именно их развитие определяет меру процветания человека, сеет семена, из которых вырастает благополучие будущих поколений». Но ученые не работают в изоляции. И если не сдерживать науку, проявляется и ее темная сторона.
Самый большой завод по производству азота в США расположен в Доналдсонвилле. Каждый день он потребляет на миллион долларов природного газа, перегоняет в пар 30 000 тонн воды из местной реки, производя 5000 тонн аммиака (два миллиона тонн в год). Каждый день эти 5000 тонн загружают в железнодорожные вагоны, отвозят на баржи, которые плывут по Миссисипи, развозя по всей стране удобрения для кукурузных и пшеничных полей. Но не весь азот, содержащийся в аммиаке, попадает в почву. К примеру, только треть вещества, осевшего на кукурузном поле, в итоге оказывается удобрением и попадает в зерна. Все остальное смывается в реки и просачивается в грунтовые воды.
Мексиканский залив, недалеко от которого расположен этот аммиачный завод в Луизиане, — прекрасный пример того, что может произойти, когда никто не следит за процессом. Ежегодно в его воды сбрасывается около 1,5 миллиона тонн азота. Избыток вещества вызвал чрезмерный рост водорослей, которые заполонили воду и перекрыли доступ кислорода и солнечного света другим видам, например рыбам и моллюскам. Заросли уничтожили ручьи, озера и прибрежные экосистемы по всему Северному полушарию. Гибнут не только рыбы, но и птицы, которые ими питаются.
Сейчас мертвая зона в Мексиканском заливе достигла размеров Нью-Джерси (22 608 км2.
Загрязнение искусственным азотом касается не только водных пространств; он также попадает в воздух и возвращается на Землю в виде кислотных дождей, нанося дальнейший ущерб озерам, рекам и лесам, а также животным, которые от них зависят. И эти проблемы будут только усугубляться.
Поделиться книгой: