- 1.受爭議的諾貝爾獎
“讚揚他的人說，他是天使，為人類帶來豐收和喜悅，是用空氣製造麵包的聖人。詛咒他的人說，他是魔鬼，給人類帶來災難、痛苦和死亡。”
1919年冬，瑞典皇家科學院決定授予德國科學家弗里茲·哈伯諾貝爾化學獎。訊息一出，立即激起了軒然大波。大量的戰爭受害者走上街頭示威遊行表示抗議。著名的科學期刊《自然》發表了評論文章進行抨擊：“哈伯將其聰明用到了戰爭和殺人方面……這永遠是人類的恥辱，德國人的恥辱”，美國《紐約時報》言辭更加激烈，說瑞典皇家科學院將殊榮授予了戰爭罪犯和放毒者。
上圖_ 弗裡茨·哈伯（1868年12月9日~1934年1月29日），德國化學家
儘管如此，瑞典皇家科學院還是頂住壓力。哈伯拿到了諾獎，但在同時，他也被列入了戰犯名單。
諾貝爾自然科學獎不像和平獎、文學獎涉及意識形態，很少因為社會政治問題受到非議。這次諾貝爾化學獎出現該情況的原因，一是獲獎者哈伯在一戰中為德軍致命毒氣，非人道地殺傷了士兵和平民；二是和他的獲獎成果——合成氨技術有關。
合成氨技術被美國科普作家托馬斯·黑格稱為“空氣鍊金術”，它能夠從空氣中分離出可以利用的氮元素。諾貝爾獎評審委員會認為這項技術使得化肥得以大批次生產，是“從空氣中製造了糧食”，從而解決了億萬人的吃飯問題。而反對者認為，這項技術讓德國可以“從空氣中製造炸彈”，引發了大戰，讓數千萬人喪失生命。
上圖_ 草莓缺氮的症狀
- 2.氮元素
氮是植物是植物生長的必備元素，是植物體內的蛋白質的主要成分，沒有氮，就不能形成蛋白質。攝取氮元素不足的農作物矮小、細弱、葉片枯黃、結實少甚至不結實。
空氣中氮氣含量高達78%，但是氮氣是一種非常穩定的氣體。氮氣中的兩個氮原子共用三對電子，構成牢固的“化學鍵”，將兩個原子牢牢地鎖在一起，使得化學反應無法進行。這就導致了空氣中的氮元素無法直接被農作物吸收利用。
只有在雷雨天，閃電巨大電流的才能撕裂氮氣分子，從而讓空氣中的氮和氧結合，變成一氧化氮，再變成二氧化氮。二氧化氮溶入雨水，進入土壤，變成植物可以吸收的硝酸鹽。這種將空氣中的氮氣變成氮肥的化學反應稱為“固氮”。
上圖_ 氮在自然界中的迴圈氮在自然界中的迴圈
自然界中還有一類細菌，也有固氮作用，稱為固氮菌。固氮菌具有一種叫固氮酶的化學物質，將氮氣轉化為氨。常見的固氮菌寄生在豆科植物的根部，使得豆科植物的根部腫大，形成“根瘤”，因此又被稱為根瘤菌。
人類進入農耕文明以後，需要大規模地種植農作物。大自然固化的氮無法保障大片的農田豐收。人類就透過施人畜糞便等農家肥的方法給農田補充氮。在舊時農村，農家肥非常寶貴。古人屎尿都要憋著回家，澆到自家地裡。這就是所謂的“肥水不流外人田”。
進入工業文明之後，人口大幅度增長，農家肥已經無法滿足農業需要了。歐洲人開始開採硝石礦作為化肥，給農作物補充氮元素。硝石礦的主要成分是硝酸鉀或硝酸鈉，富含植物能夠利用的化合態氮。
不僅農作物需要氮，製造炸藥也需要氮。
上圖_ 黑火藥
十八世紀以後，火器取代冷兵器成為戰爭主角。炸藥生產能力成為一個國家軍力強盛的關鍵。
早期的炸藥是中國發明的黑火藥。黑火藥的成分是“一硝二硫三木炭”。硝就是硝石礦。
工業的發展，推動著炸藥技術的進步。炸藥的種類也日益增多，硝化甘油、TNT等新的炸藥被合成，投入戰場，將建築、鋼鐵、血肉撕碎炸燬。
這些新型炸藥多帶有硝基，生產製備仍然離不開硝石。
戰爭需要硝、農業生產也需要硝，硝石成為了一種重要的戰略資源。
上圖_ 硝石
- 3.硝石礦
17世紀後期開始，歐洲列強在印度恆河的舊河道上發現了硝石礦，進行了掠奪性的開採。到了19世紀中葉，印度的硝石資源基本枯竭。還好，殖民者又在南美洲智利發現了更豐富的硝石礦。在智利和秘魯邊界的安託法加斯塔大區，硝石礦帶長達700多公里，寬20-30公里。智利的硝石被源源不斷地運往歐洲。到了20世紀初，每10噸智利硝石，就有7噸被送上駛向歐陸的貨輪。
19、20世紀的西方，馬爾薩斯的人口資源理論大行其道。馬爾薩斯認為，人的數量以幾何級數不斷地增加，而自然資源是有限的。最終有限的資源將被大量的人口耗盡，人類文明將走向崩潰。智利的硝石礦雖然多，畢竟還是不可再生資源，終究會有用盡枯竭的一天。所以歐洲各國紛紛開展研究，尋求替代硝石礦的方法。
上圖_ 普魯士 （德意志的統一）
- 4.德意志的命脈
其中，最為積極的當屬德國。
1870年代，德國完成了統一，統一後的德國擁有4100萬人口，是歐洲人口最多的國家，對糧食、對化肥的需求最為迫切。德國還是一個具有軍國主義傳統的國家，容克貴族和工業資本家迫切地渴望擴張，渴望重新瓜分世界。物慾刺激著戰爭，而戰爭又需要炸藥。
所以硝石作為化肥和炸藥的重要原料，就是德國的維他命。而大部分硝石又產自智利。從智利到德國需要遠渡重洋。德國的對手英國擁有世界上最強大的海軍。英國海軍一旦對德國進行封鎖，切斷了硝石航線，無異於扼住了德國的咽喉。
所以德國從學術界到政府到財團，都對替代硝石的方法無比重視。德國科學家們將目光投向空氣的氮氣，他們嘗試各種方法，使盡渾身解數，實現人工固氮，財團和政府則對這方面的研究，不吝傾注巨資予以支援。
上圖_ 圖為描繪早期火藥製作過程中意外爆炸事故的繪畫作品
- 5.“開拓工業的新途”
研究在1900年有了進展。德國萊比錫大學化學教授弗列德里希·奧斯特瓦爾德發現，使用鐵絲做催化劑，將氮氣和氫氣一同加熱，能夠合成一定量的氨氣。而氨氣則很容易地合成尿素和硝銨，成為化肥和炸藥的原料。
德國化工寡頭巴斯夫公司對這個發現表示出了極大的興趣，立即買下了這個實驗成果，並投入大量資金，聘請各路專家進行進一步地升入研究，期待合成氨可以儘早應用在工業生產中。
弗利茲·哈伯就在此時接手開發合成氨技術的工作。
哈伯1868年生於普魯士西里西亞的佈雷斯勞（二戰後被割給波蘭）。父親是一個做化學試劑生意的猶太商人。哈伯先後在柏林、海德堡、蘇黎世學習深造。1906年成為卡斯魯爾工業大學教授。40歲不到的他，就已經在化學界聞名遐邇。
奧斯特瓦爾德的發現離工業化生產還有很大的一段距離。最大的難題就是合成的氨氣濃度很低，製成效率不高。
針對這種情況，1904年到1908年，哈伯進行了潛心研究。他提出合成氨反應是一種可逆反應，氫氣和氮氣在生成氨氣的同時，氨氣也在不停地分解成氫氣和氮氣。只有控制好適當的溫度和壓強，使得化學反應處於恰好的平衡點，才能得到理想濃度的氨氣。對此，哈伯和物理化學家能斯特合作，測定了在常壓和30個大氣壓下，0℃-700℃之間合成氨反應的氨平衡濃度，獲取了詳細的平衡資料。
上圖_ 哈伯（左）與愛因斯坦在柏林
測定出氨平衡濃度後，哈伯又去尋找合適的催化劑。有了催化劑就可以儘可能地降低化學反應所需的溫度和壓力，節約工業生產的成本。哈伯進行了2萬次試驗，最終取得了重大的突破。他用鈾和碳化鈾做催化劑，在12.5個大氣壓下，用500℃的溫度，製取了10%濃度的氨氣。至此，人工固氮有了大規模工業化生產的條件。1910年5月18日，在卡斯魯爾自然科學學會上，興奮地宣佈“新工業的前途，已經得到了開拓！”
哈伯解決了問題的關鍵。在此基礎上其他工程師和科學家又做了進一步的研究和創造。1910年7月波希研製出了高壓容器，拉普改進了化工機械使之能夠適應高溫高壓環境，米泰西研製出了低成本的鐵催化劑。
1913年9月，世界上第一臺工業合成氨裝置在德國路德維希港投入執行，設計能力為年產9000噸的氨，九個月後，生產能力擴大9倍，達到了7.5萬噸。
上圖_ 一戰的爆發
- 6.科技與戰爭
合成氨技術的發明使得德國統治階級欣喜欲狂。他們具備了“從空氣中製造糧食和炸藥”的能力，有足夠的底氣和英法叫板。於是第一次世界大戰的戰火被點燃，15億人被捲入戰爭，1000萬人失去生命。
哈伯在戰爭中被德國狂熱的民族主義情緒洗腦。德皇威廉二世的親自接見使他感恩戴德，誓報君恩。他積極主動地投入戰爭，要為他的德意志祖國奉獻一切。他出任化學兵工廠廠長，用合成氨生產的氨氣製造炸藥。這些炸藥源源不斷地被輸送到前線，在凡爾登、馬恩河、索姆河讓無數的血肉之軀灰飛煙滅。
哈伯的更大的戰爭責任還是他主導了德軍的化學戰。
1915年，德軍和英法聯軍在比利時伊雷普對峙數月，陷入僵局。哈伯又主動向德軍總參謀部提出使用劇毒的氯氣為武器改變戰場形勢，並得到了批准。4月22日，哈伯親赴前線，指揮德軍一個工兵團，向英法軍隊投放了180噸的氯氣。英法聯軍士兵看見黃綠色的濃霧不知所措，很快便咳嗽、窒息、抽搐而死。是役，英法聯軍中毒1.5萬人，死亡5000人，戰場橫七豎八地躺滿了扭曲變型的屍體，慘不忍睹。伊雷普戰役是第一場大規模的現代化學戰。
上圖_ 一戰中，哈伯（左二）指導德軍士兵使用氯氣（毒氣）彈
之後，哈伯又為德軍研製出了毒性更強的光氣和芥子氣，投入戰場。吸入後可引發肺水腫，讓中毒者每一次呼吸都帶著劇痛，最後窒息死去。芥子氣使人體的接觸部位起泡潰爛，殺傷率高達88%，被稱為毒氣之王。一戰中化學武器造成10萬死亡，130萬人中毒，78萬人傷殘，是人類歷史上的一大慘劇。哈伯因此也被背上了罵名，愛因斯坦說他是“科學界敗類，喪心病狂的走狗”。他的妻子也因此自殺。
合成氨技術和化學武器還是沒能挽回德國的敗局。一戰以德奧同盟國戰敗告終。哈伯也被協約國列入了戰犯名單。但由於各國心懷鬼胎，內鬥不斷，戰敗國戰犯都未受到審判，哈伯逃過一劫。戰後，哈伯還設法從海水中提煉黃金，以減輕德國的戰爭賠款壓力，但這項研究沒有獲得成功。
令人意想不到的是，哈伯為之竭忠盡智奉獻半生的德意志祖國最後居然無法容留他。1933年，希特勒上臺，開始迫害猶太人。猶太商人出身的哈伯被迫逃亡遠走他鄉。1934年1月哈伯在瑞士心臟病突發病逝。是非功罪由後人評說。
上圖_ 希特勒 與 納粹黨
- 7.餘論
合成氨技術對於人類最大的貢獻就是極大地提高了化肥生產率，從而大幅度地提升了糧食作物產量。化肥尿素的是有機肥的10倍以上，25公斤的化肥就可以滿足1畝農田的需要。1個佔地10公頃的合成氨廠，一年就可以固化3000噸的氮，可以澆灌千萬畝農田。可以說，沒有合成氨技術，地球就無法養活現在的70億人口。從這一點出發哈伯可謂是功在當代，利在千秋，得到諾獎，當之無愧。
但主導研發合成氨技術的德國容克貴族和資本家立項研製合成氨的目的，是要讓德國成為獨霸世界的超級帝國。正是出於這種目的，世界大戰的戰火被點燃。數千萬人罹難，上億人流離失所，歐洲大陸一片廢墟。
科學技術是第一生產力，科技發明構築了人類現代文明恢弘壯麗的宏偉大廈。但這大廈背後卻是白骨如山、血流成河。
人類的發展就一定要以屍山血海為代價嗎？
作者：大獅子 校正/編輯：莉莉絲：
參考資料
〔1〕《哈伯及世界上第一座合成氨廠》 賀炳昌 化學通報 1984.9
〔2〕《合成氨、化學武器和哈伯》 毛華茂 化學教學 1997.2
〔3〕《戰略性新興產業是如何育成的？哈伯-博施合成氨法的發明與應用過程考察》 周程、周雁翎 科學哲學技術研究 2011.1
文字由歷史大學堂團隊創作，配圖源於網路版權歸原作者所有
