養(yǎng)活了20億人的“化學戰(zhàn)之父”

楊朔

“大家”閱讀

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他是第一位找到從空氣中獲取氮肥方法的化學家，因為他的發(fā)現(xiàn)，數(shù)十億人不再飽受饑餓之苦，諾獎委員會也將科學界的最高榮譽授予了他。然而，提議并推動氯氣在“一戰(zhàn)”戰(zhàn)場上使用，也讓他成了雙手沾滿鮮血的“化學戰(zhàn)之父”。他就是弗里茨·哈伯。

氮氣無價

1898年9月，英國皇家學會院士威廉·克魯克斯發(fā)表了一個演講，提出了一個緊急且致命的問題——人類即將面臨糧食危機，舊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式不可持續(xù)，地球上已經(jīng)沒有更多可耕種的土地。然而“人類饑餓的嘴巴在繼續(xù)繁殖”，解決辦法只有一個字：氮。

氮是組成生物體的重要元素，也是生產(chǎn)肥料、農(nóng)藥、炸藥的原材料。它來源廣泛，約占大氣含量的78%，不過因其性質(zhì)穩(wěn)定，很難被生物體直接利用。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)通過集約回收人畜糞便、種植豆類植物或實行輪作耕種的方式提高土地含氮量，改善土地肥力。

19世紀初，人們在距離秘魯海岸不遠的一個小島上，發(fā)現(xiàn)了積累了幾個世紀數(shù)以百萬噸計的鳥糞，鳥糞中因含有豐富的有機質(zhì)和氮磷化合物，屬于上好的作物肥料，引發(fā)各國爭搶熱潮——僅1869年，就有55萬余噸的海鳥糞被開采。1856年，美國甚至出臺了《鳥糞島法案》，其中規(guī)定：凡是含有鳥糞沉積物且無人認領的島嶼，美國公民可以占為己有，必要時國家可以出兵保護。然而由于過度開采，這些優(yōu)質(zhì)肥料被很快耗盡。

19世紀70年代，人們又在位于秘魯南邊的智利發(fā)現(xiàn)了一種富含氮的硝酸鹽礦石，氮肥緊缺的危機得以暫時緩解。到了1900年，智利生產(chǎn)的肥料已經(jīng)占全球總量的三分之二。不過好景不長，經(jīng)過數(shù)十年的開采，智利硝酸鹽礦石也出現(xiàn)了即將耗盡的跡象。

這引起了大西洋彼岸的德國的擔心。19世紀末到20世紀初，德國發(fā)展迅速，歐洲的工業(yè)重心從英國轉移至德國，與此同時，德國的人口也開始快速膨脹。從1870—1910年，德國人口在短短40年時間里，從3950萬激增至6350萬。因此，對于氮肥的需求也與日俱增，當時的德國已經(jīng)成為智利硝酸鹽的最大進口國。

智利硝酸鹽礦石的日益枯竭以及對于爆發(fā)戰(zhàn)爭的擔憂——一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，德國人海上硝石運輸線被英國切斷，他們將面臨缺少糧食和彈藥的困境——令德國人意識到必須找到能夠工業(yè)化固氮的方法，將空氣中豐富的氮氣轉化為含氮化合物。

然而研究卻一直徘徊不前?？茖W家試圖通過氮氣和氫氣反應生成氨，實現(xiàn)氮的固定，但是氮氣性質(zhì)穩(wěn)定，每一對原子之間存在3個共價鍵，想要破壞這些共價鍵需要大量能量，無法在工業(yè)上實現(xiàn)量產(chǎn)。

這些問題始終難以解決，直到猶太人弗里茨·哈伯（Fritz Haber，1868—1934）的出現(xiàn)。

要強的哈伯

1868年，弗里茨·哈伯出生于東普魯士布雷斯勞（現(xiàn)屬波蘭）一個猶太人家庭。哈伯的父親是一名制造染料和油漆的富商，希望哈伯能夠子承父業(yè)，不過，對化學工業(yè)充滿熱情的哈伯對經(jīng)商完全不感興趣。

自1886年開始，哈伯輾轉于柏林大學、海德堡大學、柏林技術大學等校求學。1891年，23歲的哈伯在柏林技術大學化學教授卡爾·利伯曼的指導下，以優(yōu)異成績獲得了博士學位。

哈伯起初關心氮問題并不是出于解決人類糧食問題的責任心，而是因為一個意外。1903年，哈伯收到了奧地利一家化學工廠經(jīng)理的來信，他們在化學品中檢測到了令人興奮的氨，求助于哈伯，希望獲得商業(yè)化量產(chǎn)制氨的技術。哈伯研究之后發(fā)現(xiàn)，在1000℃的高溫下氮氣會和氫氣發(fā)生反應生成氨，但熱量又會導致氨快速分解，因此最終混合物中氨的含量微乎其微，不具備生產(chǎn)價值?！斑@是人與自然徒勞的斗爭”，他告訴經(jīng)理這項技術難以實現(xiàn)，并將研究結果發(fā)表在了科學期刊上。

哈伯的實驗結果引來了大名鼎鼎的瓦爾特·能斯特的質(zhì)疑，能斯特認為哈伯的實驗夸大了氨的合成數(shù)量，樂觀估計了氨的合成難度，他嘲諷道：“我想建議哈伯教授采用正確的方法計算（氨）含量?！蹦芩固乇裙?歲，此前因發(fā)現(xiàn)了熱力學第三定律，被視為科學界新興的學術明星。能斯特的質(zhì)疑讓哈伯倍感惱怒和羞愧，強烈的自尊心讓他一頭扎進了實驗室，決心證明能斯特的錯誤。

哈伯通過多次實驗發(fā)現(xiàn)，高壓有助于降低反應所需的溫度。在助手羅塞格爾的幫助下，哈伯建成了耐高壓的實驗設備；又在朋友恩格勒（恩格勒為德國最大的化學公司——巴斯夫公司的監(jiān)事會成員）的努力下，哈伯與巴斯夫公司達成合作，獲得了研究資金。為了促進反應的高效進行，哈伯還需要催化劑，在嘗試過鎳、錳、鉑以及多種稀有元素后，他找到了合適的催化劑——鋨。

1909年3月，哈伯合成氨的實驗終于成功了，他興奮地向同伴喊道：“下來吧！有氨氣！”實驗結果立即報告給了巴斯夫公司，然而當獲悉實驗至少需要100個大氣壓時，公司董事長布倫克的態(tài)度頓時冷漠下來，緩緩地說道：“昨天7個大氣壓就炸毀了我們的一個高壓釜?！毖韵轮?，如此高壓根本無法進行商業(yè)化生產(chǎn)，布倫克對實驗結果并不滿意。與此同時，還有一個顯而易見的難題——反應所需的催化劑鋨不僅稀缺而且昂貴。

盡管面臨兩大難題，巴斯夫公司的研究員卡爾·博施卻認為公司值得冒險擴大生產(chǎn)規(guī)模。在博施的不懈努力下，哈伯的發(fā)明被推向工業(yè)化生產(chǎn)，該方法也被后世稱為“哈伯—博施法”。

第一次世界大戰(zhàn)后，世界各國開始普遍采用“哈伯—博施法”固氮，哈伯也因此榮獲了1918年度的諾貝爾化學獎，以表彰他找到了將氮元素合成氨的方法。據(jù)學者們計算，“哈伯—博施法”制造的肥料可能養(yǎng)活了戰(zhàn)后三分之一的人口，如果沒有這項技術，當今世界大約有20億人將無法生存。同時，化肥的使用保持了耕地的肥力，令開墾新耕地的需求大幅減少，大面積的森林、草原、山澤、湖泊因此得以保全。

“化學戰(zhàn)之父”

如果沒有第一次世界大戰(zhàn)，哈伯必將以卓越貢獻名留青史。

然而，就在哈伯發(fā)現(xiàn)將氮氣合成氨的方法兩年之后，1911年，哈伯被德意志帝國皇帝威廉二世任命為新成立的凱撒·威廉物理化學及電化學研究所所長，這既是皇帝對哈伯成就的表彰，同時皇帝也希望哈伯能發(fā)明一些克敵制勝的武器，這極大鼓舞了哈伯狂熱極端的“愛國主義”情緒，哈伯的人生也由此迎來了轉折點。

1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。戰(zhàn)爭開始不久，德國軍隊就陷入了僵局。此時，哈伯向帝國最高指揮部提出了一個前所未有的建議：使用氯氣。于是，這位即將在4年之后獲得諾獎的化學家成了 “化學戰(zhàn)之父”。

1915年，哈伯開始訓練士兵如何利用天氣將氯氣吹入敵人的戰(zhàn)壕，迫使敵方放棄陣地，甚至直接死亡。當有人質(zhì)疑這種行為會違反1907年取締毒氣武器的《海牙公約》時，哈伯回應道：“如果戰(zhàn)爭能以這種方式更快結束，將挽救無數(shù)人的生命?！?p>

哈伯滿懷熱情地進行著自己的研究工作，他親臨一線，以大無畏的勇氣穿過測試區(qū)，而他的妻子則緊張絕望地看著自己的丈夫。有士兵回憶：“哈伯的妻子是一位緊張的女士，強烈反對他陪同新的毒氣部隊去前線?！?/p>

哈伯是在21歲時于布雷斯勞服兵役期間遇到克拉拉·伊梅瓦爾的，伊梅瓦爾是一位獲得了博士學位的猶太女孩兒，兩人于1901年結婚。

然而，婚后生活并不順利如意，伊梅瓦爾給導師、朋友的信中都流露出對婚姻的不滿。而毒氣戰(zhàn)則是壓垮脆弱婚姻的最后一根稻草，克拉拉指責丈夫的野蠻行徑，哈伯則指責妻子背叛了祖國。

“在和平時期，一個科學家是屬于全世界的；但在戰(zhàn)爭時期，他是屬于他的國家的?！惫粝碌倪@句名言為他的狂熱行為和家庭悲劇寫下了注腳。1915年5月的一個晚上，哈伯13歲的兒子赫爾曼發(fā)現(xiàn)了倒在血泊中的母親——伊梅瓦爾用丈夫的軍用左輪手槍結束了自己的生命。然而，妻子的自殺并未動搖哈伯推廣化學武器的信念，次日早晨，哈伯留下兒子一個人，又離開家前往一線視察毒氣施放情況。

哈伯極端的“愛國主義”并未換得德意志帝國的勝利。1918年11月11日，德意志帝國宣布投降，這場歷時4年的戰(zhàn)爭以英、法為首的協(xié)約國獲勝而告終，而此時，已有26000多人因哈伯的化學武器喪生。

曲折多難的后半生

“一戰(zhàn)”結束后，德國面臨巨額賠款，“愛國”的哈伯又一次找到了研究目標。1920年，哈伯回憶起自己曾經(jīng)在瑞典物理化學家阿倫尼烏斯的論文中看到，海水中存在微量黃金，并推算每噸海水中大約有6毫克金屬。哈伯隨即召集同事開會，宣布了自己雄心勃勃的計劃：提煉海水，獲取黃金，為國家償還賠款。

此后哈伯花了3年時間潛心研究，結果發(fā)現(xiàn)平均每噸海水中只有約0.01毫克的黃金，這樣的研究沒有任何經(jīng)濟意義，阿倫尼烏斯的論文結論只是試驗操作失誤導致的。1926年，58歲的哈伯被迫結束了自己的黃金研究。

1933年，希特勒上臺后對猶太科學家開始了驅逐行動，對德意志帝國忠心耿耿的哈伯被迫逃往海外，輾轉流亡到瑞士。

一年之后，65歲的哈伯因心臟病離開了人世。他在去世前留下遺囑，希望能和自己的第一任妻子伊梅瓦爾葬在一起，并在自己的墓碑上寫一句話：“只要被需要，無論戰(zhàn)爭還是和平，他都為自己的國家服務。”

哈伯此時離開人世或許是某種幸運，因為他研發(fā)的用來制造殺蟲劑的齊克隆B成了納粹大規(guī)模屠殺包括哈伯的同事和親戚在內(nèi)的猶太人的利器。1946年，哈伯的大兒子赫爾曼自殺，有說法認為他是羞愧于父親的戰(zhàn)時研究而自殺的。

哈伯與第二任妻子伊娃·夏洛特的兒子路德維?！じダ锎摹す髞碓诮o《弗里茨·哈伯：化學家、諾獎得主、德國人、猶太人》一書的序言中寫道，父親哈伯作為德國毒氣戰(zhàn)計劃的領導者，一直面臨著兩難局面，毒氣戰(zhàn)帶來的惡果一直壓在父親肩頭，哪怕時隔多年也無法釋然。

弗里茨·哈伯或許是歷史上最受爭議的科學家了。他是科學天才，也是戰(zhàn)爭魔鬼；他是能用空氣制作肥料的諾貝爾獎獲得者，也是雙手沾滿鮮血的“化學戰(zhàn)之父”；他一生致力于研究為國效勞的成果，妻子、兒子卻因他的成果而羞愧自殺。

當技術帶領人類飛速前進時，更需要人文精神審視我們的位置與方向。學者們專心致志的研究和驚人的發(fā)現(xiàn)既有可能給人類帶來光明和希望，也有可能給人類帶來災難和悲劇。技術終究只是工具，如何使用工具，考驗著使用者心中的道德律。

（選自公眾號《知識分子》）