哈白对合成氨技术的贡献是什么？

从巴斯夫所在的路易港回到莱茵河，有一个地方叫卡尔斯鲁厄，那里有一所著名的大学叫卡尔斯鲁厄工程学院。学院的化学教授弗里茨·哈白(Fritz Ha Bai)此时深受克鲁克斯的警告影响，开始投身于氨合成的研究。

1902年初，为了研究合成氨理论，哈白去美国进行科学考察。他专程去尼亚加拉参观访问了一家模仿自然界雷暴放电生产固定氮的工厂。通过参观，他对将氮固定成氮氧化物和氨的研究产生了兴趣。回到德国后，他一头扎进实验室，开始了这项划时代的研究工作。

1904年，两位维也纳化学企业家玛格丽丝兄弟意识到这项工作的重大意义，来到卡尔斯鲁厄工程学院与哈白正式签约，研究氮氢元素合成氨。从此，哈白和他的学生、助手们投身于氨合成的实验研究。

哈白从可逆反应的平衡条件研究了氨的合成理论。哈白认为，光有催化剂的知识是不够的，还需要对化学反应有新的认识——化学平衡理论。这个理论的核心是，原料一般不会全部成为生成物质，同时生成物质也会发生逆反应。在一定的反应条件下，即浓度、温度和压力下，这种正负反应是平衡的。

哈白意识到，如果按照这个思路调整反应条件，以前认为不可能的氨合成就有可能实现。哈白首先想到，也许高温会进行这种反应。他按照自己的想法开始了实验，但结果出乎意料。当温度升至1000℃时，氨的产量仅为原料体积的0.012%，不及低温时的产量。然而，当反应温度降低时，反应变得非常缓慢。哈白认为，为了加速化学反应，需要有合适的催化剂。

从1904年4月到1905年7月，一年多的时间里，虽然哈白坚持在实验室里没日没夜的做各种无聊的实验，但几乎每次实验的结果都令人失望。结果马古利斯兄弟看到无利可图，就取消了对这个项目的资金支持。就这样，哈白陷入了极其尴尬的境地。

与此同时，在柏林大学研究化学平衡理论的瓦尔特·赫尔曼·能斯特教授也致力于合成氨理论的研究。他亲自制作了高压釜，在高温高压下进行实验。实验结束后，他发现哈白的实验结果有问题。数字太大，实际只有0.0032%，而且会小一个数量级，证明哈白的实验结果不可行。

为了将其研究产业化，瓦尔特·赫尔曼·能斯特请一家著名的化学公司制造设备。虽然它的压力不太高，但该公司仍然很难生产出能承受如此高温和压力的设备。所以他犯了一个很大的错误，打消了产业化的念头，埋头实验室研究。

虽然哈白算错了，但在这次与能斯特的争论中，明确了为了进一步提高产量，需要对原料气——氮气和氢气施加高压，降低温度，使用催化剂。

能斯特气馁了，哈白没有。他在瓦尔特·赫尔曼·能斯特停止的地方开始了新的实验。这时，他不仅熟悉了这个实验的理论，而且已经具备了成功的基础。

哈白等人在化学平衡理论的指导下，开始一点一点耐心实验，在什么压力和温度下实验，产量能达到百分之几。他们也花了很大力气寻找最好的催化剂。他们已经将能承受数百个大气压的反应容器嵌入了枪壳，并想尽办法寻找由Awuel society的煤气灯公司提供的铂、钨、铀等稀有金属的新催化剂。

哈白就是在这样艰难的情况下，冒着高温高压继续实验。就在哈白的实验研究屡屡失败的时候，《法国科学院学报》上报道了法国化学家利用高温高压合成氨，导致反应器爆炸。受此启发，哈白果断改变了实验条件，特别是提高了反应压力，改进了工艺。终于取得了令人振奋的进展，合成氨产量大幅增加。

1907年，哈白等人选用锇或铀作催化剂，在约550℃、150 ~ 250个大气压的异常高压条件下，成功获得8.25%的氨，并首次成功制得0.1公斤合成氨，使合成氨走出实验室阶段成为可能。这无疑是一个具有实用价值的突破。此时能斯特在50个大气压和685℃下使用铂粉或铁粉和锰作为催化剂，但只有氨的产量为0.96%。哈白的实验几乎是能斯特的八倍。

这场胜利极大地鼓舞了哈白和他的助手们。他们预感到合成氨的实验研究已进入实用阶段，于是加紧了对高温高压合成氨工艺的研究。经过艰苦的实验研究，他们获得了一系列第一手实验数据，大大加快了实验研究的步伐，取得了令人振奋的新进展。

哈白的科研成果极大地震动了欧洲化学工业，化学工业的人纷纷购买他的合成氨专利。眼光独到的德国巴登苯胺苏打公司捷足先登，先付给哈白2500美元的预约费，并承诺购买他未来的所有研究成果。然而，公司的许多工程师对钢制反应容器的赤热程度感到不安，更对如此高的压力感到惊讶，因此对其产业化持怀疑态度。他们想起法国反应堆爆炸的消息，关切地说:“昨天爆炸的高压釜只有7个大气压。”言下之意，哈白的高压实验条件也可能引发爆炸。

1909，哈白提出了“循环”的新概念。所谓“循环”，是指未发生化学反应的氮气和氢气再次返回反应器，反应后的氨气通过冷凝分离，从而提高合成氨的产量，使工艺实用化。这个概念可以说是合成氨工业化进程中的一个决定性突破。德国政府非常重视，立即接受并采纳了这一新思想。

当年7月2日，哈白在实验室里做了一个氨合成装置的小模型，这是世界上第一个氨合成装置的模型。博世和他的下属米塔希作为巴登苯胺苏打公司的代表来接收哈白的实验技术和装置。哈白现场演示了他的合成氨装置，神奇地以每小时0.08kg的速度合成氨。博世目睹了液氨的滴落。前来观看的专家一致认为，用不了多久，它将成为日产量达几吨的装置，由此可以清楚地预见其产业化前景。

巴登苯胺苏打公司随即购买了哈白的合成氨专利权，并接收了其全部研究成果。双方还签署了协议。主要是无论生产工艺如何改进，合成氨价格如何下降，巴登苯胺苏打公司每卖出1吨氨，哈白就分得10马克，收入永远不变。

1919年，科学瑞典学院考虑到哈白发明的合成氨在经济上发挥了巨大作用，经过慎重考虑，正式决定授予哈白诺贝尔化学奖，这是1918年世界科学界的最高荣誉和奖项，以表彰他在合成氨研究方面的突出贡献。从那以后，他成为了世界著名的化学家之一。