養活一半地球人的科學發明，竟然是被學界大佬逼迫出來的

人類進入農耕社會已經有近萬年的歷史，但是直到一百多年前才認識到施肥的重要性。沒有足夠的肥料，糧食產量就不會高。

植物循環是一種施肥的方式，但實在是杯水車薪。最早大量施用的肥料來自於海島上沉積的鳥糞，枯竭之後又開始使用硝酸鹽礦。

然而硝酸鹽礦畢竟是不可再生資源，總有采完的一天。從19世紀後期開始，「求助於化學」就成為了有識之士的共識。空氣在中充滿了氮氣，而氫氣也不難獲得，如果能把它們合成氨氣，就有了取之不竭的氮肥來源。

一位又一位的化學家嘗試了許多方法，都沒有獲得有現實意義的成功。

1904年，德國化學博士弗里茨×哈珀接受了一個課題：用實驗數據來判斷「從氮氣和氫氣合成氨」是否具有現實可行性。實際上，哈珀的個人態度傾向於「不能」，不過作為一位科學工作者不用自己的「傾向性」代替數據，也或許是拿了研究經費，總是需要做事情，他和助手一起做了實驗。在1000 °C左右的高溫、用鐵做催化劑，能夠合成氨，但轉化率只有0.012%的樣子。

Fritz Haber

這樣的轉化率很難有生產價值，他也就準備把這作為結論而終止這項研究。

當時有一位化學家叫能斯特，已經名聲顯赫，堪稱學界大佬，他因為提出熱力學第三定律在後來獲得了1920年的諾貝爾化學獎。他的計算出的合成氨轉化率明顯要比哈珀的實驗結果低很多。他指出哈珀的結果不對，哈珀深受刺激，只好再次重複之前的實驗。這次的結果更為精確，也相當接近能斯特的理論值，只是依然要高一些。

在多數情況下，實驗值和理論值有一定偏差會被大家接受。但能斯特不這麼想，他公開質疑哈珀的結果，暗示其實驗存在問題。

當時哈珀尚未成名，學界大佬的苦苦相逼給他帶來了巨大的壓力。它和助手按照能斯特的方式改進實驗，試圖證明自己並沒有出錯。沒想到，在實驗過程中他們發現：如果把壓力加到更高（當時能夠達到的最大壓力是200個大氣壓），並把反應溫度降低到600 °C左右，那麼合成氨的轉化率能夠達到8%左右！

這個轉化率，就有生產價值了。

這一發現徹底改變了合成氨的前景，與能斯特的較勁也就無關緊要。哈珀和助手設計了新的實驗裝置，在1909年7月2日進行展示，合成氨的轉化率達到了10%。

那一天，他們生產出了100毫升的液氨。這標誌著人類攻克了從單質氣體合成氨的挑戰，使得「求助化學」生產肥料成為可了能。

當然，這個實驗裝置只是展示了原理，真正要進行工業生產還有太多的實際困難需要克服。巴斯夫公司的卡爾×波什接受了這個任務。經過兩年多的努力，他終於在1912年製造出了日產超過1噸氨的設備。

Carl Bosch

能斯特大概沒有想到，一時的意氣之爭會促使哈珀和波什把合成氨從「理論上的可能」突破到了「商業化的生產」。他對哈珀的專利提出了異議，認為哈珀的實驗是根據他的實驗來做的。經過談判，巴斯夫公司支付了5年每年1萬馬克的酬勞，換取能斯特撤回對哈珀專利的反對。

到1914年，巴斯夫的合成氨工廠已經達到了年產7200噸的規模。這些氨可以生產出36000噸的硫銨肥料。很快，第一次世界大戰爆發，本該用於農業生產的氨也被政府徵用去生產炸藥和軍火。

第一次世界大戰結束之後，哈珀獲得了1918年的諾貝爾化學獎。因為哈珀在戰爭中成為了德國政府的幫凶，他研發的化學武器第一次使用就殺死了5000人，這個頒獎決定引起了各國科學家的抗議。不過評獎的瑞典皇家科學院堅持認為：合成氨將會造福人類。而事實也的確如此，20世紀人口激增，如果沒有合成氨為基石的綠色革命，將會有一半的人陷入饑荒。

能斯特的逼迫，使得本已放棄合成氨研究的哈珀，後來居上比能斯特早兩年獲得了諾貝爾化學獎。而合成氨原理擴大到商業生產規模的波什，在哈珀研究化學武器的時候繼續改進工藝，完善了高壓化學反應並且應用到其他生產中。1931年，他也獲得了諾貝爾化學獎。

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