从火药毒气到百吨发酵罐的氮源基石：弗里茨·哈伯、卡尔·博施与合成氨工业

走进任何一家生物制药工厂，看到数层楼高的不锈钢发酵罐里成吨的无菌培养液在剧烈搅拌时，翻看配方表，除了葡萄糖，排在最前面的原料永远是硫酸铵（$(NH_4)_2SO_4$）、硝酸铵或氨水。这股托举起全球现代生物发酵工业与全人类粮食安全的无机氮源洪流，始于一个世纪前德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）与巴斯夫工程师卡尔·博施（Carl Bosch）在 1913 至 1914 年间攻克的绝世工程奇迹——哈伯-博施高压合成氨工艺（Haber-Bosch Process）。

空气中虽然有 78% 都是氮气，但两个氮原子之间被已知最坚固的氮氮三键（$N\equiv N$）死死锁住，键能高达惊人的 $945 ext{ kJ/mol}$，除了极少数固氮根瘤菌的钼铁蛋白固氮酶外，没有任何生命能直接吸收。

哈伯用经过助剂改性的熔铁催化剂，在 $450\,^\circ ext{C}$ 的烈焰与超过 200 个大气压的狂暴重压下，硬生生扯断了氮氮三键，让氮气与氢气化合成刺鼻的氨气！哈伯因此被称为‘用空气制造面包的人’（获得了 1918 年诺贝尔化学奖）；但他随即将氨转化为炸药硝酸并在一战中亲手研发氯气化学毒气，导致妻子开枪自杀，成为科学伦理史上最令人窒息的双面魔神。

然而无可争辩的是，今天地球上所有生物体内核酸与蛋白质里的氮原子，有一半以上都来自哈伯-博施化工厂的反应塔。