Карлу Бошу, применив знания в металлургии, удалось найти ошибку в системе Оствальда и приблизиться к техническому решению фиксации азота из воздуха.
Следующий контракт со стороны «BASF» был инициирован членом совета директоров концерна Карлом Энглером, автором гипотезы органического происхождения нефти. Для контрактов на разработку процесса получения азотной кислоты путём окисления азота в электрической дуге и на синтез аммиака из азота и водорода он выбрал того самого алхимика Фрица Хабера [27].
Хотя Хабер родился в 1868 г. в Бреслау в семье еврейского оптового торговца лаками и красками, в 1892 г. он принял крещение [5]. Обучаясь в лучших университетах Европы (Гейдельберг, Вена, Цюрих и Технологический университет Карлсруэ), Хабер обрёл самые разносторонние знания и жизненный опыт. После студенческой жизни на его лысом черепе остался шрам от дуэли как наглядное свидетельство прусской гордости и упрямства. В 1908 г. он был приглашён в качестве директора института кайзера Вильгельма под Берлином, где на соответствующих должностях будут трудиться такие светила, как Макс Планк и Альберт Эйнштейн [1].
Помимо работы по контрактам с «BASF» в период с 1900 по 1905 г. Хабером было опубликовано более пятидесяти научных статей [2]. В 1902 г. он посетил США, изучая процесс синтеза аммиака на химических концернах в Ниагара-Фоллз; электродуговой способ был крайне дорогим, малопроизводительным и неэффективным. Хабер покинул США с осознанием того, что «
Из работ Хабера следовало, что под давлением в 200–250 атмосфер и температуре 500–600 градусов в присутствии осмия или урана азото-водородная 10 %-ная смесь соединяется в аммиак NH3, после чего, смешав газы, процесс можно повторить, получив новую порцию. Ход реакции было возможно регулировать давлением, но также требовался катализатор. Заинтересовавшись в 1908 г. исследованиями Хабера, в следующие два года «BASF» не жалела средств на финансирование превращения экспериментов в понятный технологический процесс [16; 302].
Хаберовские эксперименты и ранее проводились на гранты «BASF», но в новый проект глава компании Генрих Бранк включил уже зарекомендовавшего себя Боша, и теперь задача химиков состояла в том, чтобы наладить производство жидкого аммония в промышленных масштабах [27]. Под руководством Хабера собрали установку, в которой водород и азот накачивались под высоким давлением и нагревались никелевой спиралью, а возле клапана находился катализатор, осуществлявший реакцию. Хабер с помощниками месяцы подбирал варианты соотношения температуры, давления и катализатор, наиболее эффективным из которых оказался уран [2].
Однако демонстрационная установка «каталитической машины» в июне 1908 г. не заработала [27]. Сложности с ней продолжались до 1 июля 1909 г., дня, когда загорелся участок с аппаратурой сжатия, после чего сутки ушли на ремонт. Бош покинул лабораторию разочарованным, а эксперт «BASF» по химическим реакциям Альвин Митташ (Alwin Mittasch) остался и к обеду следующего дня был вознаграждён: аппарат Боша наконец смог выделять аммоний в течение целой минуты. Далее разработка требовала серьезных инвестиций и отладки, но после неожиданной кончины Бранка в 1912 г. Бошу пришлось отстаивать возможность продолжать эксперименты [1], в результате которых он впоследствии выявит, что к взрывам первых экспериментальных линий будет приводить образование метана, и найдёт решение и этой проблемы. Среди прочих технических сложностей агрегата технологию очистки водорода успешно решит молодой инженер Карл Краух [27], сыгравший не последнюю роль в будущем объединении «IG Farben». Окончательный вариант патента, полученного Хабером, звучал так:
