Esej: Ať žije VZDR!

Kdyby pánové Haber a Bosch nezačali před 110 lety vyrábět „ze vzduchu“ amoniak a nezahájili tím „Velkou zelenou dusíkovou revoluci“, polovina lidí by dnes neměla co jíst.

Esej: Ať žije VZDR!
ilustrace Vojtěch Velický

Ještě na konci 19. století to s hnojením polí a zahrad bylo všelijaké. Dokonale to ve svém románu Bouvard a Pécuchet vystihl spisovatel Gustave Flaubert. Na knize o dvou lehce vyšinutých písařích pracoval mnoho let, nastudoval kvůli ní stovky vědeckých prací a výsledkem je (na rozdíl od televizního seriálu) depresivní satira o lidské neschopnosti a neúspěchu.

Nejdřív půdě a hnoji propadl introvertnější Pécuchet. Před kuchyní vyhloubil jámu na tři druhy kompostu, rád stával na jejím okraji a zadumaně snil „o ovoci, záplavě květin a moři zeleniny“. Jenže mu chyběl koňský trus. „Rolníci ho neprodali, hostinští ho nedali“, a tak nakonec odhodil stud a rozhodl se, že „půjde na kobylince sám“.

Brzy se nakazil i Bouvard. „Do kompostu se cpalo vše, nač přišel: větve, krev, střeva, peří. Užíval belgického roztoku, švýcarské hnojůvky, louhu, uzenáčů, chaluh, objednal si guáno, pokusil se je vyrábět a sleduje své zásady do krajnosti, netrpěl, aby moč přicházela nazmar; zrušil záchody.“ Lidé mu nosili do dvora zdechliny, kterými hnojil pole. „Všude venku se válely zbytky mršin. A Bouvard se v tom hnilobném puchu usmíval. Pumpa postavená na káře stříkala močůvku na osení. Ty, kterým to nevonělo, nadšeně přesvědčoval – „Vždyť to je zlato! zlato!“ – a litoval, že nemá víc hnoje: „Šťastné země, kde jsou přírodní jeskyně plné ptačího trusu!“ Nakonec samozřejmě celá ta hnojní eskapáda dopadla katastrofálně. „Řepka byla slabá, oves průměrný a obilí se prodávalo velmi špatně, protože páchlo.“

Jak a čím hnojit věděli lidé odjakživa. Ostatně už Odysseus našel po návratu na Ithaku věrného psa Arga, jak „zavržen“ leží „na hnoji mezkův a krav“, jenže kobylinců a kravinců bylo obecně málo, a navíc často nebyly po ruce. Všechno změnilo až duo německých chemiků – Fritz Haber a Carl Bosch, díky kterým vyrostla v srpnu 1910 v Ludwigshafenu pokusná továrna vyrábějící z vodíku a vzdušného dusíku pár litrů amoniaku denně. Většina lidí nejspíš za největší vynález 20. století považuje počítač, lety do vesmíru či jadernou energii, jenže umělá dusíkatá hnojiva – dodnes vyráběná Haber-Boschovým procesem – změnila běh světa se stejnou důkladností. Dokázala svět nakrmit.

Dusíková past

V půdě je dusík velmi vzácný. Ve vzduchu je ho sice 78 procent, jenže rostliny ho neumějí přímo využít. Vázat dusík do sloučenin „stravitelných“ rostlinami dokážou jen některé půdní bakterie (část z nich žije v symbióze s luštěninami) a dalším zdrojem dusíku je hnůj a mrtvá těla rostlin a zvířat. Dusík je přitom důležitou součástí aminokyselin, tedy rostlinných bílkovin. Bez něj to zkrátka nejde, a právě „nedostatkový“ dusík byl vždy tím úzkým hrdlem, který limitoval tradiční zemědělství.

Kdysi dávno zemědělci de facto kočovali. Vypálili les – tím většina dusíku ze spálených rostlin a z vrchní vrstvy půdy „uletěla“ do vzduchu –, získali pár slušných sklizní, pak se ale museli stěhovat a nechat půdu pár desítek let ladem. Podle knihy (česko)kanadského vědce Václava Smila „Enriching the Earth“ tak hektar půdy uživil 0,1 až 0,6 člověka. Když volná půda začala být vzácnou komoditou, zemědělci se museli usadit a vypukl hon na dusík, byť o něm samozřejmě nikdo ze současníků nic neslyšel. Zaorávala se strniště, hnojilo se zvířecími i lidskými exkrementy (průměrně výkonný člověk tak mohl ročně vrátit do půdy přes tři kila dusíku získaného konzumací rostlin) a obilí se na poli střídalo s luštěninami (hektar hrachu obohatí půdu asi o 30 kilo dusíku ročně a hektar zaoraného jetele až o 150 kilo). Zemědělství bylo ale stále – a to až do novověku – mimořádně nevýkonné a hektar půdy dokázal uživit jen několik málo lidí-vegetariánů.

Ke kvalitativní změně došlo až v 18. století. Asi nejlépe je tento proces prozkoumaný v anglickém Norfolku. Od 13. století až do roku 1750 se tam luštěniny pěstovaly na 13 procentech výměry půdy, ovšem v roce 1836 to najednou byl dvojnásobek a na polích se prosadil tzv. „norfolkský cyklus“ – pšenice, tuřín, ječmen, (zaoraný) jetel a tak stále dokola. V polovině 19. století se na nejlepších britských a holandských polích sklízela oproti středověku trojnásobná úroda. Výsledek to byl sice skvělý, jenže šlo jen o vybrané – těžce hnojené – pozemky a kvůli nedostatku hnojiva nešlo toto intenzivní zemědělství rozšířit na veškerou ornou půdu.

Dusíkový žal

Pár pytlů guána (nahromaděný trus rybožravých mořských ptáků) přivezl z ostrůvků u peruánského pobřeží poprvé německý přírodovědec Alexander von Humboldt a v 60. letech 19. století se ho už každoročně vytěžilo 600 tisíc tun. Bylo to zatím nejlepší hnojivo, ve kterém byla spousta hořčíku, fosforu a také zhruba 20 procent nedostatkového dusíku. Jenže už v 70. letech se nejvydatnější ložiska vyčerpala a nastal úpadek. Náhradou se stal tzv. chilský ledek (dusičnan sodný), který se těžil jen o pár set kilometrů jižněji. Šlo o tak lukrativní obchod, že kvůli ledku dokonce v roce 1879 vypukla druhá tichomořská válka. Chile v ní na hlavu porazilo peruánsko-bolivijskou koalici, zabralo veškerá ložiska ledku a Bolívie je od té doby vnitrozemským státem. Evropská a americká pole měla na nějaký čas vystaráno, jenže všem bylo jasné, že ani tato zásobárna vázaného dusíku není bezedná. 

V západní Evropě se v té době objevilo cosi, co bychom mohli nazvat „nutričním žalem“. Poučná je v tomto ohledu přednáška britského chemika Williama Crookese, který roku 1898 varoval, že „všechny civilizované národy čelí hrozbě nedostatku jídla“. Mínil, že do roku 1930 se projeví fatální nedostatek pšenice, upozorňoval na ubývající zdroje dusíku – chilský ledek „bereme z kapitálu země, což nebude možné navždy“ – a tvrdil, že pomoci může jen věda: „V laboratoři dojde k tomu, že se hladovění změní v nadbytek.“

Hledá se dusík

A věda skutečně postupovala mimořádně rychle. Až do roku 1772 – kdy britský botanik Daniel Rutherford zjistil, že součást vzduchu, kterou nazval „aer malignus“ (špatný vzduch), zháší plamen a udusí pokusné myši – o existenci dusíku nikdo nic nevěděl. Už před polovinou 19. století Francouz Jean-Baptiste Boussingault zjistil, že účinnost hnojiv závisí především na obsahu dusíku a velmi přesně změřil obsah tohoto prvku v různých látkách – od sušené krve až po rybí zbytky (to jsou ty Bouvardovy hnojivé uzenáče). Zhruba ve stejné době jeden z největších chemiků 19. století Justus von Liebig zjistil, že plynný dusík neumějí rostliny využít, mylně se však domníval, že ve vzduchu je dostatek amoniaku, který se (a v něm obsažený dusík) dostává k rostlinám prostřednictvím deště. Mimochodem v roce 1845 založil von Liebig jednu z vůbec prvních továren na minerální hnojiva, ovšem brzy zkrachoval, protože jeho produkt sice obsahoval vědecky vyváženou směs fosforu, hořčíku, vápníku a křemíku, ale žádný – podle něj zbytečný – dusík.

V následujících desetiletích vyvrátili další chemici von Liebigovy bludy, prostudovali koloběh dusíku v přírodě a dospěli k tomu, že ho dokážou vázat jen některé půdní bakterie. Díky industrializaci se navíc v druhé polovině 19. století objevily hned tři postupy, které umožňovaly tovární výrobu dusíkatých sloučenin využitelných k hnojení polí. Průmyslově významná byla ovšem jen jedna, kdy amoniak vznikal jako vedlejší produkt při koksování uhlí, jenže pořád šlo jen o plivnutí do moře.

N2 + 3H2 = 2NH3

Když Fritz Haber přebíral v roce 1918 Nobelovu cenu, prohlásil, že syntéza amoniaku byla elementárním chemickým problémem, protože stačilo „ve známém poměru zkombinovat plynný dusík s plynným vodíkem“, což lze vyjádřit prostou chemickou rovnicí N2 + 3H2 = 2NH3. Ve skutečnosti bylo řešení mimořádně složité a zdařilo se až díky konstrukci vysokotlakého konvertoru, ve kterém se vodík s dusíkem – pokud se tedy ohřály na 550 stupňů a coby katalyzátor sloužilo osmium (případně uran) – „vesele“ slučovaly. V červenci 1909 se Haberovi podařilo udržet aparát v chodu celých pět hodin a ředitelům německé (a současně největší světové) chemičky BASF poté nadšeně psal, že „výtěžnost byla 2 cm3 amoniaku za minutu“, a doporučoval jim okamžitě skoupit všechno dostupné osmium.

Lidé z vedení BASF dobře chápali potenciál objevu, ale pořád si nebyli jistí, jestli se třičtvrtě metru vysoký konvertor stojící na Haberově stole může stát základem rentabilního průmyslového odvětví. Kdoví, jak by to dopadlo, kdyby BASF nezaměstnával chemika – a všestranného technického génia – Carla Bosche. Překážek na cestě k prakticky neomezenému zdroji vázaného dusíku byla totiž spousta. Musely se například zkonstruovat zcela nové vysokotlaké součástky, zabránit explozi ocelových konvertorů, jejichž pevnost beznadějně „nahlodával“ rozpálený vodík, najít zdroj levných reakčních plynů (dusík se vyráběl frakční destilací vzduchu), ale hlavně se musel objevit jiný katalyzátor než nekřesťansky drahé osmium, kterého v té době nebylo na celém světě vytěženo víc než 100 kilogramů. I to nakonec Bosch překonal, když se ukázalo, že vhodným katalyzátorem je magnetit (obyčejný oxid železnato-železitý) s příměsí hliníku, draslíku, vápníku a hořčíku.

V srpnu 1910 byl – jak už víme – zahájen v Ludwigshafenu pokusný průmyslový provoz a těsně před začátkem světové války vyrostla v nedalekém Oppau první skutečná továrna na syntézu amoniaku.

Válka vše urychlila. Německo odříznuté britskou blokádou od chilského ledku potřebovalo kvůli výrobě střelného prachu a výbušnin alternativní zdroj dusičnanů. Investovalo proto do rozvoje Haber-Boschovy syntézy obrovské prostředky a místo jídla se poté „ze vzduchu“ vyráběly granáty. Dodejme, že za války se Haber stal propagátorem a otcem německé chemické války. Vypuštění smrtícího chlorového mračna v dubnu 1915 u Yper bylo z vojenského hlediska nepochybně úspěchem, ovšem Haberova manželka – rovněž chemička – vinu svého muže neunesla a spáchala sebevraždu.

Živitelé lidstva

Současné průmyslové zemědělství má v sobě cosi odporného – příliš mnoho chemie, převahu monokultur, „výrobu“ masa striktně oddělenou od pěstování plodin, řeky, jezera a moře „otrávené“ hnojivy, zničenou a zerodovanou půdu... Jenže to není celá pravda.

Hlad sice ve 21. století zabil miliony lidí, lidstvo ale ve skutečnosti nikdy nemělo tolik jídla jako dnes. Jestliže během 20. století vzrostl počet lidí na zemi 3,7krát, produkce obilnin se zvýšila sedmkrát. Může za to celý komplex důvodů – mechanizace zemědělství, nové odrůdy rostlin, úspěšné hubení škůdců – a samozřejmě dusíkatá hnojiva. Jejich spotřeba je dnes ohromná. Šermovat obrovskými čísly nemá smysl, takže jen pro představu: veškeré zásoby chilského ledku obsahovaly podle Smila méně dusíku než amoniak, který se dnes vyrobí Haber-Boschovou syntézou za pouhé dva roky. A ještě jinak, přibližně polovina dusíku v lidských bílkovinách pochází z továren, bez Habera s Boschem by celosvětová úroda byla zhruba poloviční a Země by v žádném případě neuživila skoro osm miliard lidí.

Můžeme o tom vést spory, můžeme s tím nesouhlasit, ale to je tak všechno, co se proti tomu dá dělat.

Článek vyšel v tištěném vydání týdeníku Hrot. Předplatit si ho můžete ZDE.

 

Týdeník hrot

  • SuperMario vs. čistič z Hané
  • Kdy dohoří poslední uhlí
Objednat nyní