ハーバーボッシュ法を対話でざっくり解説

化学

空気は昔からそこにありました。

しかし、人類は長い間、
空気中の窒素を使うことができなかった。

それを変えたのが、
ハーバー・ボッシュ法です。

現代人の約半分は、
この技術による肥料で生きている
とも言われています。

今回は、
そんな人類史レベルの技術を、
対話形式でざっくり解説します。

ハーバーボッシュ法とは?

ぐいるん
ぐいるん

もし現代で、
ハーバー・ボッシュ法が突然使えなくなったら——。


世界人口の約半分は、
今の食料システムを維持できない
とも言われています。

クロコ
クロコ

それくらい、
窒素の肥料って人類インフラなんですよね。

ぐいるん
ぐいるん

でも面白いのが、
その原料って特別な鉱石じゃないって事。

クロコ
クロコ

世界中どこにでもある、

読者の皆様の目の前にもある

ただの、空気ですね!

ぐいるん
ぐいるん

そう!

空気中の約78%を占める窒素。


ただ昔の人類は、
その窒素を使えなかった。

クロコ
クロコ

「空気はある。でも肥料にはできない」

しかも、
その壁が空気そのものだったわけですね笑

なぜ窒素は使えなかったのか?

ぐいるん
ぐいるん

昔から空気に窒素があることは分かっていたわけですよ。

クロコ
クロコ

そうなんです。空気の成分は18世紀にはほぼ分かっていて、窒素が約78%というのも当時の科学者たちは認識していた。でも「分かっている」と「使える」は全然別の話なんだよね。

ぐいるん
ぐいるん

空気中の窒素って、超頑丈。付き合いたてのカップルより離れない笑

クロコ
クロコ

笑 まさにそれで!がっちがちで熱をかけても、電気を流しても、なかなか切り離せなかった。

ぐいるん
ぐいるん

空気中の窒素が簡単に取り出せたら、それはそれで地球が困る話になる 笑

クロコ
クロコ

笑 たしかに!

植物が勝手に窒素を吸収しすぎる。大気の組成が変わって生態系がめちゃくちゃになるよ。

頑丈すぎて困るのと、頑丈だから地球が安定しているのは表裏一体なんです。

ぐいるん
ぐいるん

それをフリッツ・ハーバーがやっと方法を見つけたんですよ。

高温・高圧・触媒とは?

クロコ
クロコ

そうです!散々誰もできなかったことを、ハーバーがついに解決した。

「高温・高圧・触媒」の3点セットを組み合わせることで、あの頑丈なカップルを引き離す事に成功したんです。発見から130年越しの失恋を達成させた!笑

ぐいるん
ぐいるん

ただ、この引き離す条件がマジでやばい。高温500度・高圧200気圧、さらにその結合を壊すモノが必要なんですよ。

クロコ
クロコ

カップルの例えで言うと「灼熱の部屋に閉じ込めて、超高圧でプレスして、さらに仲介者まで必要」みたいな笑

ぐいるん
ぐいるん

でもそれは研究室の話ですよね?少量でバカ高いコストをかければできるよ。

クロコ
クロコ

そこが大事なところで。「できる」と「使える」は全然別なんですよね。農家に売れる値段で、大量に、安定して作れて初めて世界を変える技術になる。

ぐいるん
ぐいるん

高温500度、高圧200気圧の条件を、安く・安全に・大量に・24時間稼働で生産できる設備が必要なんですよ。現代でもレベル高いですよ。正直、今の僕にも無理笑

クロコ
クロコ

笑 現代の技術があっても相当ハードルが高い話で。しかもそれを1900年代初頭に、コンピューター制御も高性能素材もない時代にやったわけです。

カール・ボッシュの工場化

ぐいるん
ぐいるん

その無理ゲーをやったのがBASF社のカール・ボッシュさん。

クロコ
クロコ

ハーバーが天才科学者なら、ボッシュは現場を動かした男という感じですね。どんな素材を使うか、どうコストを下げるか、どう安全を確保するか。超泥臭い問題を一個一個潰していった人です。

ぐいるん
ぐいるん

高温500度は「日常生活ではありえない鉄が赤く光る工業レベルの超高温」、高圧200気圧は「空き缶を一瞬でぺちゃんこにする水深2000mの海底と同じ圧力」。それを工場で安定的に作り出すって 汗

ミタッシュと触媒探し

クロコ
クロコ

あと仲介者の「触媒」探しも地獄 汗

ぐいるん
ぐいるん

そう!その仲介者が触媒ですね。

触媒って面白くて、

自分は変化しないのに、反応を助ける

という不思議な存在で。

カップルの例えで言うと、

引き離し屋さんが間に入って、うまいこと仲を裂く。でも引き離し屋さん自身は何も傷つかない

みたいな笑

ハーバー・ボッシュ法ではが触媒として使われています。

これもまた大変な話で、触媒は何でもいいわけじゃなくて、

  • 効果が高い
  • 安い
  • 長持ちする
  • 大量に手に入る

という条件が必要で、その触媒探しだけでも膨大な実験を繰り返したわけです。

灼熱・超高圧・仲介者の3点セット、全部揃えるのに何年もかかったわけですね。

クロコ
クロコ

さらって書いているけど ちょー大変だったんだよ!

ぐいるん
ぐいるん

ほんとそうで笑

今の会話でサラッと話してるけど、実際は

  • 触媒を見つけるだけで何千回もの実験
  • 設備の素材を見つけるだけで何年もの試行錯誤
  • 爆発や失敗を繰り返しながら

という血と汗の塊みたいな話ですよね。

教科書には

「高温・高圧・触媒でアンモニアを合成」


の一行で終わるけど、その一行の裏に何十年分の苦労が詰まっているわけで。

クロコ
クロコ

そうなんですよ笑

「なんとなくこの方向かな」という仮説はあっても、

やってみないと分からない

しかも外れてもなぜ外れたかも分からないことが多くて。

  • これを試した→ダメ
  • じゃあこれ→ダメ
  • 少し混ぜてみた→ダメ
  • 温度変えてみた→ダメ

という繰り返しで。

現代みたいにコンピューターでシミュレーションできるわけでもないし、全部手を動かして実験するしかない時代ですからね。

ボッシュのチームは触媒候補を数千種類試したと言われています。

世界中の科学者・技術者・ケミストの皆様に敬意ですね。

ぐいるん
ぐいるん

当たりを探すというより、ハズレを一つ一つひたすら潰していく感じですよね。宝くじを数千回買い続けるようなもので、しかも当たりが存在するかどうかも分からない状態で。

「ハズレを潰していく」研究

クロコ
クロコ

その表現、めちゃくちゃ本質ついてますね。

「当たりを探す」じゃなくて

ハズレを潰していく

これが科学・研究の本当の姿。

エジソンの有名な言葉も確か

「私は失敗していない。うまくいかない方法を1万通り発見しただけだ」


みたいな話で、まさに同じ感覚ですよね。

しかも一個ハズレを潰すのに何週間もかかるわけで。

地味で、つらくて、終わりが見えない作業をひたすら続ける。

でもその積み重ねが世界を変える技術になったわけで。

この「ハズレを潰していく」という表現、途方もない作業量を日々行っている研究・仕事への見方が変わる一言だと思います。 

ぐいるん
ぐいるん

当たりの素材を見つけても、そこからまた

  • どれくらいの量?
  • 何度が最適?
  • 湿度は?
  • 圧力は?
  • 混ぜ方は?

という無限の組み合わせがあるわけで。

しかも条件が一個変わると結果が全部変わるから、

素材探し→条件探し→また条件探し


という沼の中の沼みたいな話で笑

さらに研究室でベストな条件を見つけても、工場の大きさになったらまた条件が変わるわけですよね。

小さい鍋でうまく作れたカレーが、大きい寸胴鍋になったら同じ味にならないみたいな。

これが全部解決して初めて「ハーバー・ボッシュ法」として世界に出てくるわけで、本当に気が遠くなる話ですよね。

クロコ
クロコ

これをアルヴィン・ミタッシュさんがやりきったのです!

ボッシュのチームの中で、触媒探しを専門に担当した人物。

数千種類の触媒候補をひたすらハズレを潰しながら試し続けて、最終的に鉄を主成分とする触媒にたどり着いた。

しかもその触媒、今でも基本的には同じものが使われているんですよね。100年以上前にミタッシュが見つけた答えが、現代の工場でも現役。

ハーバー・ボッシュ法って有名だけど、ミタッシュの名前はあまり出てこない

ハーバーが鍵を見つけて ボッシュが工場を作って ミタッシュが触媒を見つけた


この3人がいて初めて完成した技術なんですよね。

ぐいるん
ぐいるん

・効果が高い

・安い

・長持ちする

・大量に手に入る

こんな触媒を探せってモンスタークレーマーだよ。

でもこれが社会問題を解決する本質なのかもね。

クロコ
クロコ

つまりハーバー・ボッシュ法は3人で完成した技術だったわけです。

最後に

このブログは、

「読んだ後に、仕事・商談・雑談・授業で、自分の言葉で話せるようになること」

をコンセプトに書いています。

そのため今回も、できるだけイメージしやすいように、対話形式を交えながら解説してみました。

化学や工業の話は、最初は少し難しく、とっつきにくく感じるかもしれません。

ですが、その裏には多くのロマンがあります。

「ハーバー・ボッシュ法」は、

空気中の窒素を、人類が利用できる形へ変えることで、世界の食料事情を大きく変えた革命的な技術です。

鉄が赤く光るほどの超高温と超高圧を使い、人類は“空気から肥料を作る”ことに成功しました。

教科書では一行で終わる技術ですが、その裏には、気が遠くなるほどの試行錯誤があります。

「へぇ、面白い」

そんな小さな興味が、世界の見え方を変えることがあります。

この記事が、みなさまの

「理解のフック」

になれば嬉しいです。

プロフィール

中国化学品・肥料原料ビジネスに長年携わり、現在は独立して化学肥料原料・工業原料の輸入事業を準備中。

これまで:

  • 化学肥料原料
  • 中国原料ビジネス
  • 中国メーカー開拓
  • 原料物流
  • 海上輸送
  • 商社実務
  • 農産物ネット販売
  • ECサイト運営
  • ECサイト店長業務

などに携わってきた。

また、実家が農家であり、自身も農業従事者(初心者)として、地方・田舎での農業や肥料の現場感覚も学んでいる。

特に:

  • 硝酸石灰(硝酸カルシウム / Calcium Nitrate)
  • 硝酸カリウム
  • 水耕栽培
  • 化学肥料原料
  • 中国化学品
  • 原料輸入
  • 肥料物流
  • 潮解性肥料
  • 商社ビジネス
  • 中国輸入
  • 農業資材

などを専門分野としている。

中国・化学品・肥料・農業・物流・地方ビジネスを横断しながら、実務ベースで情報発信を行っている。

詳細プロフィールはこちら:
Guchuan Fertilizer 自己紹介ページ

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