Фридрих Келлер

Фридрих Келлер (нем. Friedrich Keller; 24 декабря 1816, Пфорцхайм — 12 марта 1895, Оберленгена) — немецкий изобретатель и предприниматель, пионер целлюлозно-бумажной промышленности. Наиболее известен как создатель первого промышленного способа получения древесной массы для производства бумаги — так называемого «дефибрерного» метода размола древесины в волокнистую массу. Изобретение Келлера, запатентованное в 1843 году, положило начало массовому производству дешёвой бумаги из древесины, что существенно снизило зависимость бумажной промышленности от дорогого тряпичного сырья и способствовало развитию книгопечатания, прессы и образования в XIX веке.

Биография

Ранние годы и образование

Фридрих Келлер родился 24 декабря 1816 года в Пфорцхайме (Великое герцогство Баден) в семье ткача. После окончания начальной школы он поступил в ремесленное училище, где изучал основы механики и технологий. В 1830-х годах Келлер работал в различных мастерских, занимаясь ремонтом и изготовлением текстильного оборудования, что дало ему практический опыт в обработке материалов и конструировании механизмов.

Изобретение древесной массы

В 1840-х годах в Европе остро ощущался дефицит сырья для бумажной промышленности. Традиционное сырьё — хлопковые и льняные тряпки — становилось всё более дорогим и дефицитным из-за роста спроса на бумагу. В 1843 году, работая ткачом в городке Кирхберг-на-Ягсте (Баден-Вюртемберг), Келлер задумался о возможности использования древесины для получения волокна. Наблюдая за тем, как оса строила гнездо, пережёвывая древесные волокна, он пришёл к идее механического размола древесины.

В том же году Келлер сконструировал первый прототип дефибрера — устройства, в котором бревно прижималось к вращающемуся абразивному камню, смачиваемому водой. Полученная волокнистая масса после отжима и сушки давала листы бумаги, хотя и низкого качества — сероватого цвета и с короткими волокнами. 10 июля 1843 года он подал заявку на патент в Бадене, который был выдан 25 июля 1843 года под названием «Способ получения бумажной массы из древесины механическим путём».

Сотрудничество с Генрихом Фёльтером

Не имея достаточных средств для промышленного внедрения своего изобретения, Келлер в 1845 году заключил договор с предпринимателем и бумажным фабрикантом Генрихом Фёльтером (Heinrich Voelter). По условиям соглашения, Фёльтер получал права на использование патента и обязывался финансировать разработку и строительство промышленных машин. В 1846 году они совместно построили первый дефибрер, способный перерабатывать до 500 кг древесины в сутки. В 1848 году на фабрике Фёльтера в городе Хайденхайм-ан-дер-Бренц была запущена первая в мире линия по производству древесной массы.

Однако качество бумаги оставалось низким — она быстро желтела и становилась хрупкой из-за наличия лигнина. Это ограничивало её применение (в основном для газет и дешёвых изданий). В 1850-х годах Келлер и Фёльтер усовершенствовали конструкцию, добавив систему подачи воды и регулировку давления, что несколько улучшило характеристики волокна.

Поздние годы и наследие

После истечения срока патента в 1860-х годах технология Келлера стала быстро распространяться по Европе и Северной Америке. Сам изобретатель не получил значительной финансовой выгоды — его патент был выкуплен Фёльтером за относительно скромную сумму. В 1870-х годах Келлер отошёл от активной изобретательской деятельности и поселился в Оберленгене (Швейцария), где умер 12 марта 1895 года в возрасте 78 лет.

Техническая сущность изобретения

Принцип дефибрирования

Дефибрер Келлера представлял собой машину, в которой бревно (обычно хвойных пород — ель, сосна) прижималось торцом к вращающемуся абразивному камню (песчанику или искусственному корунду). Камень вращался с частотой 1000–1500 об/мин. В зону контакта непрерывно подавалась вода, которая:

• охлаждала камень и древесину;
• смывала отделяемые волокна;
• предотвращала возгорание от трения.

Полученная суспензия (древесная масса) содержала волокна длиной 0,5–3 мм, а также мелкую фракцию (шлам) и лигнин. После очистки от крупных частиц масса направлялась на бумагоделательную машину.

Отличия от химических методов

В отличие от более поздних химических способов варки целлюлозы (сульфитный, сульфатный), метод Келлера:

• не требовал химических реагентов (только вода и механическое воздействие);
• давал выход волокна до 90–95% от массы исходной древесины (против 45–55% при химической варке);
• сохранял в массе лигнин, что делало бумагу менее прочной и склонной к пожелтению;
• требовал меньших энергозатрат на единицу продукции.

Эволюция дефибреров

Первые дефибреры Келлера-Фёльтера имели производительность 200–500 кг сухой массы в сутки. К концу XIX века появились:

• Гидравлические дефибреры — с регулируемым прижимом бревна с помощью гидроцилиндров.
• Цилиндрические дефибреры — с подачей щепы вместо брёвен.
• Рафинёры — дисковые мельницы, в которых размол происходит между двумя вращающимися дисками.

Влияние на бумажную промышленность

Снижение стоимости бумаги

До изобретения Келлера 1 кг бумаги стоил около 2–3 марок (в ценах 1840-х годов). К 1870-м годам, благодаря массовому внедрению древесной массы, цена упала до 0,3–0,5 марок за кг. Это сделало бумагу доступной для широких слоёв населения.

Рост газетной индустрии

Дешёвая древесная бумага стала основой для массовых газет (например, «Neue Zürcher Zeitung», «The Times»). В 1850–1900 годах тиражи газет в Европе выросли в 10–15 раз. К 1900 году более 80% всей бумаги в мире производилось из древесной массы, полученной механическим способом.

Ограничения и критика

Несмотря на успех, метод Келлера имел существенные недостатки:

• Низкая прочность — бумага легко рвалась, особенно при намокании.
• Пожелтение — из-за окисления лигнина под действием света бумага становилась жёлтой и хрупкой уже через 10–20 лет.
• Короткие волокна — ограничивали возможность повторной переработки (рециклинга).

Эти проблемы были частично решены в XX веке с развитием химико-термомеханических (ХТММ) методов, где древесина сначала размягчается паром, а затем размалывается.

Память и признание

Награды и увековечение

• В 1893 году (за два года до смерти) Келлер был удостоен звания почётного гражданина города Пфорцхайм.
• В 1953 году в ФРГ была выпущена почтовая марка, посвящённая 110-летию изобретения древесной массы.
• В 2016 году (к 200-летию) в Пфорцхайме установлен памятник изобретателю.
• Имя Фридриха Келлера носит техникум в городе Хайденхайм (Friedrich-Keller-Schule).

Историография

В немецкой историографии Келлер часто называется «отцом бумаги из древесины», хотя аналогичные опыты проводились ранее (например, французом Рене Реомюром в 1719 году, предложившим использовать осиные гнёзда как модель). Однако именно Келлер создал промышленно пригодную технологию. В России его изобретение стало внедряться с 1860-х годов на бумажных фабриках в Калужской и Тверской губерниях.

Интересные факты

• Первая бумага, полученная Келлером в 1843 году, была настолько низкого качества, что местные торговцы отказывались её покупать. Изобретатель использовал её для упаковки товаров в собственной лавке.
• Келлер никогда не учился в университете и не имел инженерного образования — все свои знания он получил практическим путём.
• Идея размола древесины на абразивном камне была независимо предложена в 1844 году канадским изобретателем Чарльзом Фенерти, но патент Келлера был зарегистрирован раньше.
• В 1850-х годах Келлер безуспешно пытался получить финансирование от правительства Бадена для строительства крупной фабрики. Отказ мотивировался тем, что «бумага из дерева никогда не будет качественной».

Источники

• Keller, Friedrich. «Die Herstellung von Papierstoff aus Holz auf mechanischem Wege» (патентная заявка, 1843).
• Voelter, Heinrich. «Geschichte der Holzschliff-Fabrikation» (1865).
• Sandermann, Wilhelm. «Die Geschichte der Papierherstellung» (1988).
• Schlieder, Wolfgang. «Friedrich Gottlob Keller — Erfinder des Holzschliffs» (1991).
• «Papier aus Holz: Die Erfindung des Friedrich Keller» (статья в журнале «Deutsches Museum», 2016).