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100 Jahre Haber-Bosch-Verfahren : Brot und Kriege aus der Luft

  • -Aktualisiert am

Erfand auch das Giftgas: Fritz Haber (2.v.li) Bild: Bild: WDR

Seit hundert Jahren ist es möglich, Stickstoff in Dünger zu verwandeln. Oder in Munition. Das Haber-Bosch-Verfahren hat die Welt verändert: Ein Rückblick auf Fritz Haber und seine Erfindung.

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          Eine ähnliche Schlagzeile hat man lange nicht mehr gelesen: "Deutsche Chemiker besiegen den Hunger in der Welt." Ganz hat sie auch nie gestimmt. Aber beinahe. "Es tröpfelt!" soll der begeisterte Kommentar gelautet haben, als aus einer Versuchsapparatur des Chemikers Fritz Haber am Nachmittag des 2. Juli 1909 in Anwesenheit des Mechanikermeisters Julius Kranz und des Assistenten Alwin Mittasch flüssiges Ammoniak trat. Selbst wenn es nur ein kleiner Tropfen war - die Folgen hat die Menschheit zu spüren bekommen.

          Ammoniak, chemisch NH3, ist ein stechend riechendes Gas, das sich in Salpetersäure und Ammoniumnitrat umwandeln lässt - beides explosive Substanzen, die zur Herstellung von Sprengstoffen dienen. Aber eben auch zur Herstellung von Kunstdünger. Das nach Fritz Haber und dem BASF-Chemiker Carl Bosch benannte Haber-Bosch-Verfahren hat auf dem Umweg über den Acker tatsächlich Milliarden von Menschen ernährt. Und es hat gleichzeitig den Einsatz ungeheurer Munitionsmengen möglich gemacht. Mehr als hundert Megatonnen Stickstoffdünger werden heute jährlich produziert; die Hälfte der Weltbevölkerung könnte ohne das Haber-Bosch-Verfahren nicht überleben, schreibt das Fachmagazin Nature Geoscience in seiner jüngsten Ausgabe.

          Ein unglücklicher Patriot

          Wer war dieser Mann "zwischen Sprengstoff und Kunstdünger"? Kurz vor seinem Tod hat er sich selbst beschrieben: "Ich war mehr als ein großer Heerführer, mehr als ein Industriekapitän. Meine Arbeit war wesentlich für die wirtschaftliche und militärische Expansion Deutschlands. Alle Türen standen mir offen." Er übertrieb kaum, aber am Ende hat er alles verloren, seine Gesundheit, sein Vermögen, seine Familie und seine Ehre.

          Fritz Haber wird am 9. Dezember 1868 in Breslau als Sohn des jüdischen Farben- und Chemikalienhändlers Siegfried Haber und seiner Frau Paula geboren. Deutschland befindet sich im Aufbruch ins Industriezeitalter, die Reichsgründung steht unmittelbar bevor. Fritz Haber besucht ein humanistisches Gymnasium, Latein, Griechisch und gerade noch Mathematik stehen im Vordergrund, Biologie im Sinne Darwins ist verpönt, Chemie überhaupt nicht vorgesehen.

          Dabei ist die Chemie längst zur Schlüsselwissenschaft geworden. Seit der englische Nationalökonom Thomas Malthus vorausgesagt hat, dass die Lebensmittelproduktion nicht mit dem Wachstum der Menschheit Schritt halten kann, haben Forscher wie Justus von Liebig sich bemüht, die Erträge der Landwirtschaft durch künstliche Düngung zu steigern. Kalisalze kommen zum Einsatz, aus dem Thomasmehl der Stahlwerke lässt sich Phosphor gewinnen, nur an Stickstoff herrscht weiterhin Mangel. Zwar besteht die irdische Atmosphäre zu drei Vierteln aus Stickstoff, doch in dieser elementaren Form können ihn Pflanzen nicht verwerten. Nur bestimmte Bodenbakterien können ihn umwandeln, die Chemiker bissen sich an dieser Aufgabe seit mehr als hundert Jahren die Zähne aus.

          Die einzige Quelle für Stickstoffdünger waren zu dieser Zeit die Salpetervorkommen im Grenzgebiet von Chile, Peru und Bolivien in der Atacama-Wüste. 155 Salpeterfabriken produzieren jährlich zwei Millionen Tonnen, ein Drittel davon gehen nach Deutschland. Doch die Vorräte sind begrenzt: Der englische Chemiker Sir William Crookes prophezeit, dass sie bis 1930 erschöpft sein werden.

          Angezogen von der Thermodynamik

          Fritz Haber entscheidet sich gegen den Willen seines Vaters zum Chemiestudium. 1891 promoviert er in Berlin mit mäßiger Abschlussnote und entdeckt seine Vorliebe für das neue Fachgebiet der Thermodynamik. Nach deren Gesetzen lässt sich die Abhängigkeit chemischer Reaktionen von Temperatur und Druck beschreiben; erstmals sind damit Voraussagen über die exakte Ausbeute möglich. Wilhelm Ostwald, Jacob van't Hoff, Svante Arrhenius und Walther Nernst sind die Protagonisten der neuen Richtung, alle werden, wie auch Haber und Bosch, später mit Nobelpreisen ausgezeichnet.

          Fritz Haber will sich in Karlsruhe habilitieren und gerät in die üblichen akademischen Intrigen und Machtkämpfe. Jede Nacht studiert er bis zwei Uhr die neuesten Forschungsergebnisse, "bis ich's kapiert hatte". Er ist ehrgeizig und reizbar, Nervenleiden machen ihm bis zu seinem Tod zu schaffen, häufig ist er "wirklich grässlich herunter". 1901 heiratet er die Chemikerin Clara Immerwahr. Sie geht in dieser Ehe zugrunde; als ihr Mann während des Ersten Weltkriegs in der Flandernschlacht 1915 bei Ypern den ersten deutschen Giftgasangriff leitet und für seine Verdienste geehrt wird, erschießt sie sich mit seiner Dienstwaffe.

          Aber 1906 ist Haber erst einmal Ordinarius, mit 37 Jahren noch jung. Drei Möglichkeiten existieren zu diesem Zeitpunkt, den elementaren Stickstoff aus der Luft zu fixieren: mit Hilfe eines Lichtbogens, wobei ähnlich wie in natürlichen Gewittern Stickoxide entstehen; dafür werden allerdings gewaltige Mengen elektrischer Energie benötigt. Indirekt ließe sich Stickstoffdünger auch aus Calciumcarbid in Form von Kalkstickstoff gewinnen; das Verfahren gilt technisch als aussichtsreich, aber sehr kostenintensiv.

          Zusammenarbeit mit BASF

          Der eleganteste Weg wäre zweifellos die Darstellung von Ammoniak aus seinen Elementen Stickstoff und Wasserstoff, nach der einfachen Formel N2 + 3 H2 <-> 2 NH3. Dabei handelt es sich um eine Gleichgewichtsreaktion: Bei hohem Druck und niedrigen Temperaturen liegt es auf der Seite des Ammoniaks, aber die Reaktion erfolgt nur sehr langsam und träge. Schneller läuft sie bei hohen Temperaturen ab, aber dabei zerfällt Ammoniak wieder in seine Bestandteile. Es ist ein chemischer Teufelskreis, von dem die Fachwelt glaubt, ihn zu beschreiten sei "auch in Zukunft absolut aussichtslos". Als sich Fritz Haber 1907 auf einer Tagung der Bunsen-Gesellschaft mit ersten Berechnungen zu Wort meldet, wird er von seinem Konkurrenten Walther Nernst abgekanzelt; er möge doch "eine Methode anwenden, die wirklich präzise Werte geben muss".

          Da hat allerdings schon Fritz Habers Zusammenarbeit mit der Badischen Anilin- und Sodafabrik in Ludwigshafen begonnen. Die BASF hat bereits ein Patent des berühmten Chemikers Wilhelm Ostwald aufgekauft. Sie lässt dessen Angaben durch den jungen Carl Bosch überprüfen, und der Laborbericht belegt, dass die kleinen Mengen Ammoniak, die dabei entstehen, nicht aus der Luft, sondern aus dem verwendeten Eisenkatalysator stammen. Das Patent wird zurückgezogen, obwohl es schon die Zusammenhänge zwischen Temperatur, Druck, Katalysator sowie ein technisches Kreislaufverfahren beschreibt, wie es auch Fritz Haber im Sinn hat. Wilhelm Ostwald hält sich bis zuletzt für den "geistigen Vater dieser Industrie", dessen "verlassenen Kindleins" sich nur andere angenommen hätten. Auch Nernst behauptet, dass die Idee eigentlich von ihm stamme.

          Viele vage Patente

          Patentstreitigkeiten werden das Haber-Bosch-Verfahren bis in die zwanziger Jahre hinein begleiten. Ostwald beantragt, die Erfindung für nichtig zu erklären, scheitert damit aber vor Gericht, weil sich Nernst plötzlich überraschend auf die Seite von Haber stellt. Im Hintergrund wird zäh um Beteiligungen gefeilscht. Nach dem Ersten Weltkrieg reklamieren die Siegermächte die Patente für sich, müssen aber feststellen, dass sie aus keiner einzigen Offenlegungsschrift wirklich schlau werden.

          Das immer wieder zitierte "Zirkulationspatent" DE235421 beispielsweise, dass rückwirkend zum 13. Oktober 1908 erteilt wurde, umfasst nur zwei Seiten und beschränkt sich auf allgemeine Angaben über das Prinzip, den Prozess kontinuierlich mittels Wärmeaustausch zu führen. Ein zweites "Hochdruckpatent" (DE238450) ist ähnlich vage gehalten. Aus den Datenbanken der Patentämter lässt sich der ganze Vorgang heute kaum noch rekonstruieren, eine Anfrage im Firmenarchiv der BASF fördert immerhin weitere 37 Patente zutage, mit denen die Ansprüche damals abgesichert wurden. Denn die wirtschaftliche und militärische Bedeutung des Haber-Bosch-Verfahrens war allen Beteiligten von Anfang an klar.

          Waffen für den Gaskrieg

          Der Weltkrieg hat kaum begonnen, da gibt Carl Bosch der Obersten Heeresleitung in Berlin sein "Salpeterversprechen", mit dem er eine Produktion in großem Maßstab in Aussicht stellt. Fritz Haber entwickelt unterdessen Chlorgaswaffen und wird nach der deutschen Niederlage zum Kriegsverbrecher erklärt. Er richtet ein "schwimmendes Laboratorium" ein, mit dem er hofft, aus Meerwasser Gold zu gewinnen, und scheitert. Er leistet wesentliche Vorarbeiten zur Herstellung des Schädlingsbekämpfungsgases Zyklon B - ohne zu ahnen, dass es später in den Gaskammern gegen sein eigenes Volk eingesetzt werden wird. Aufgrund einer Denunziation wird Haber 1933 gezwungen, sein Institut zu verlassen.

          Schwer krank irrt er noch ein Jahr lang durch Europa. Am Abend des 29. Januar 1934 stirbt er in Basel an einem Herzschlag. Sein letzter Brief endet mit den Worten: "Ich habe zu lange gelebt."

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