哈伯-博世工艺是一种将氮气与氢气固定在一起以生产氨的工艺，氨是生产植物肥料的关键部分。该工艺由弗里茨·哈伯（Fritz Haber）在20世纪初开发，后来卡尔·博世（Carl Bosch）对其进行了改进，使其成为一种生产肥料的工业工艺。哈伯-博世过程被许多科学家和学者视为20世纪最重要的技术进步之一。

哈伯-博世工艺极其重要，因为它是开发的第一个工艺，允许人们通过生产氨大量生产植物肥料。这也是最早利用高压产生化学反应的工业过程之一（Rae Dupree，2011）。这使得农民能够种植更多的粮食，从而使农业能够支持更多的人口。许多人认为Haber-博世过程是地球当前人口爆炸的原因，因为“当今人类中大约一半的蛋白质起源于通过Haber-博世过程固定的氮”（Rae Dupree，2011）。

哈伯-博世过程的历史和发展

到工业化时期，人口已大幅增长，因此，需要增加粮食产量，并在俄罗斯、美洲和澳大利亚等新地区开始农业生产（Morrison，2001年）。为了提高这些地区和其他地区的作物产量，农民们开始寻找向土壤中添加氮的方法，并开始使用粪便和后来的鸟粪和化石硝酸盐。

在19世纪末和20世纪初，科学家，主要是化学家，开始寻找通过像豆科植物在根部那样人工固氮来开发肥料的方法。1909年7月2日，弗里茨·哈伯（Fritz Haber）从氢气和氮气中产生了连续的液氨，这些氢气和氮气通过锇金属催化剂被送入热的加压铁管中（Morrison，2001）。这是第一次有人能够以这种方式开发氨。

后来，冶金学家兼工程师卡尔·博世（Carl Bosch）致力于完善这一氨合成工艺，使其能够在世界范围内使用。1912年，一座具有商业生产能力的工厂开始在德国奥普堡建造。该工厂能够在五小时内生产一吨液氨，到1914年，该工厂每天生产20吨可用氮（Morrison，2001年）。

随着第一次世界大战的开始，工厂停止了氮肥的生产，转而生产用于壕沟战的炸药。第二家工厂后来在德国萨克森州开张，以支持战争。战争结束时，这两家工厂又开始生产化肥。

哈伯-博世流程如何运作

这一过程今天的工作原理与最初的工作原理非常相似，它使用极高的压力来迫使化学反应。它的工作原理是将空气中的氮气与天然气中的氢气固定在一起，生成氨（图）。这一过程必须使用高压，因为氮分子通过强三键结合在一起。哈伯-博世工艺使用由铁或钌制成的催化剂或容器，内部温度超过800华氏度（426摄氏度），压力约为200个大气压，将氮和氢强制结合在一起（Rae Dupree，2011）。然后，这些元素从催化剂中移出，进入工业反应器，最终转化为液氨（Rae Dupree，2011）。液氨随后被用来制造肥料。

如今，化肥贡献了全球农业所需氮的大约一半，而这一数字在发达国家更高。

人口增长与哈伯-博世过程

今天，对这些肥料需求最多的地方也是世界人口增长最快的地方。一些研究表明，“2000年至2009年间全球氮肥消费量增长的80%来自印度和中国”（Mingle，2013）。

尽管世界上最大的国家都在增长，但哈伯-博世进程发展以来全球人口的大幅增长表明，它对全球人口变化的重要性。

哈伯-博世流程的其他影响和未来

目前的固氮过程也不是完全有效的，而且由于下雨时的径流和田间的天然气体排放，大量固氮在施用到田间后会流失。由于打破氮的分子键所需的高温压力，它的产生也是极其耗能的。科学家们目前正在努力开发更有效的方法来完成这一过程，并创造更环保的方法来支持世界农业和不断增长的人口。