Рисунок 51. Позволив правому поезду тянуть левый на буксире, мы можем поднять левый поезд на Плоскогорье желаемых молекул, когда правый поезд отправится к Пляжу низкоэнергетических продуктов.
Сегодня химикам многое известно о принципах катализа и о том, как использовать металлы, органические молекулы и ферменты для достижения нужного результата; однако мы также знаем, что требуется еще многое сделать. Возможно, той прекрасной работе, которую выполняет Фонд Майкла Дж. Фокса по исследованию болезни Паркинсона
[294]
[295], поможет какой-нибудь инновационный каталитический процесс. Возможно, способ лечения болезни Паркинсона скрывается в дальнейших исследованиях стволовых клеток или в более биологическом подходе, а не в низкомолекулярных лекарствах. Надежда есть до тех пор, пока мы поддерживаем в рабочем состоянии наше драгоценное высокотехнологичное общество, обеспечивая его достаточным количеством энергии.
Ответом на глобальный вопрос доступа к энергии также выступает катализ. Огромные запасы угля не могут спасти нас в долгосрочной перспективе, даже если у нас будет эффективный способ избавиться от углекислого газа. В краткосрочной перспективе большую важность может приобрести энергия ядерного распада, но ее мало кто рассматривает в качестве постоянного решения проблемы, а энергия термоядерного синтеза – это джокер в колоде, которому мы не можем доверять. Однако, с другой стороны, нам известно, что при действии солнечных лучей (а точнее, при действии высокоэнергетических фотонов) на воду может протекать реакция, в результате которой образуются газы Н2 и О2. Достаточно рассчитать энергию Гиббса в этом процессе:
фотон + 2Н2О → 2Н2 + О2.
Для фотонов видимого и ультрафиолетового света энергия Гиббса при протекании этого процесса в самом деле убывает. Мы могли бы просто радоваться по дороге на пляж, если бы только нашли нужный катализатор. «Искусственный фотосинтез» – вот такое запоминающееся название есть у нас для этой реакции, и долгое время она выступает в роли чего-то вроде Священного Грааля для химиков. В классической комедии 1938 года «С собой не унесешь», снятой инженером-химиком Фрэнком Капрой
[296]
[297], Джеймс Стюарт признается Джин Артур, что на самом деле он хочет научиться понимать фотосинтез, а не просто копить деньги, как остальные члены его семьи.
Однако Капра не дает нам решения вопроса; эта сцена присутствует в фильме для того, чтобы продемонстрировать благородство героя Стюарта, Тони Кирби, перед его будущей невестой Элис Сикамор. А вот авторы технологических триллеров Клайв и Дирк Касслер в романе 2004 года «Арктический дрейф» бесстрашно предлагают свой выход из энергетического кризиса
[298]. Имея склонность к сложным и ярким сюжетным ходам, они ради пущего эффекта вводят в повествование пропавшие корабли экспедиции Франклина «Террор» и «Эребус» (см. главу 18) и основывают решение мировой энергетической проблемы на рутениевых катализаторах, при этом в качестве злого гения выступает нефтяной и газовый магнат, из которого бы получился достойный противник для Джеймса Бонда.
В эпилоге авторы утверждают, что «установка для проведения фотосинтеза в Китимате будет безопасно и эффективно превращать углекислый газ в воду и водород без всякого риска для окружающей среды», из чего становится ясно, что в этот роман они вложили больше воображения, чем науки. Куда делся углерод и откуда взялся водород, если вы начинаете с СО2 и приходите к Н2О и Н2? Однако в качестве катализатора авторы используют рутений, находящийся слева от родия в Периодической таблице. В этом они не так уж и ошиблись, поскольку на самом деле рутений – любимый элемент химиков, работающих над созданием систем, которые собирают солнечные лучи и преобразуют их в полезную энергию. Правда, зеленые листья не используют рутений – начать с того, что для них его количество в мире слишком мало. Вместо него в очень сложных ферментативных молекулярных машинах, которые ученые называют «фотосистема I» и «фотосистема II», используются ионы металлов – магния, железа, меди и марганца.
Обласканный критикой британский писатель Иэн Макьюэн не дает нам такого же ясного представления о том, что использует в качестве катализатора Майкл Бирд – антигерой его романа 2010 года «Солнечная»
[299]. Этот гнусный и бессовестный лауреат Нобелевской премии по физике, почти утративший способность к научной мысли, крадет изобретение у молодого коллеги, который очень кстати (для Бирда, как выясняется) падает замертво в его гостиной. Конец романа оставляет нас в неведении относительно того, действительно ли это изобретение сможет катализировать реакцию, в которой фотоны взаимодействуют с водой, а в результате образуются водород и кислород, но в книге присутствует довольно много точных физических деталей. Вот что сам Макьюэн говорит об этом: «Думаю, причина того, что многие романы кажутся мне скучными, в том, что они рассказывают только об эмоциях; в них недостаточно крепкого разума. Мне нравятся романы, в которых есть и то и другое. Многие романы слишком уж робки в интеллектуальном плане»
[300].
И родий, и рутений – очень дорогие металлы, но в качестве катализаторов их можно использовать снова и снова – в чем, собственно, и цель. Катализ будет играть важную роль в энергосистемах будущего. Мы не знаем, так ли это будет в лечении болезни Паркинсона, но пока что катализ приносит большое облегчение многим страдальцам.
По этим и многим другим причинам для меня настало время завершить эту книгу, надеть лабораторный халат и продолжить преподавательскую и исследовательскую деятельность, ибо никогда прежде мир так не нуждался в химии и высокообразованных специалистах в этой области, как он нуждается в них сегодня.
Благодарности
В первую очередь я хотел бы поблагодарить мою семью: Нину Канн, Агнес Орстрём Канн и Ребекку Орстрём Канн, которым пришлось слишком долго мириться с этим проектом.
