คุณว่าอะไร เป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุด ในไม่กี่ร้อยปีที่ผ่านมา ใช่คอมพิวเตอร์หรือเปล่า รถยนต์ ไฟฟ้า หรือมันอาจจะเป็นเรื่องการค้นพบอะตอม ฉันอยากจะเถียงว่า มันเป็นการค้นพบปฏิกิริยาเคมี: ก๊าซไนโตรเจนหนึ่งโมเลกุล บวกกับก๊าซไฮโดรเจนสามโมเลกุล คุณจะได้ก๊าซแอมโมเนียสองโมเลกุล นี่คือกระบวนการฮาเบอร์ ของการเชื่อมโมเลกุลของก๊าซไนโตรเจนในอากาศ เข้ากับโมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจน หรือการเปลี่ยนอากาศให้เป็นปุ๋ย หากขาดปฏิกิริยานี้ไป เกษตรกรจะสามารถผลิตอาหารพอเลี้ยง ประชากรได้เพียง 4 พันล้านคนเท่านั้น; ประชากรในปัจจุบันมีจำนวน 7 พันกว่าล้านคน ดังนั้น หากขาดกระบวนการฮาเบอร์นี้แล้ว คนกว่า 3 พันล้านคนจะอดอยาก เห็นไหมว่า ไนโตรเจนที่อยู่ในรูปของ ไนเตรต NO3 นั้นเป็นสารอาหารที่จำเป็นสำหรับ การดำรงชีวิตของพืช ในขณะที่พืชกำลังเติบโต มันดึงไนโตรเจน จากดินมาใช้ การเติมไนโตรเจนเกิดขึ้นได้ด้วย กระบวนการเกิดปุ๋ยตามธรรมชาติ ที่ต้องใช้เวลานาน อย่างการย่อยสลายซากสัตว์ แต่มนุษย์ต้องการปลูกพืชอาหาร ให้ได้เร็วกว่านั้นมาก ตอนนี้ก็ถึงช่วงที่น่าหงุดหงิด: องค์ประกอบของอากาศ 78% คือไนโตรเจน แต่พืชไม่สามารถดึงเอา ไนโตรเจนจากอากาศมาใช้ได้ เพราะมันมีพันธะที่แข็งแรงมากถึงสามพันธะ ซึ่งพืชไม่สามารถแตกมันออกมาใช้ได้ สิ่งที่ฮาเบอร์ทำก็คือ การคิดวิธี ที่เอาไนโตรเจนในอากาศนี้ มาใส่ลงในดิน ในปีคศ.1908 นักเคมีชาวเยอรมัน นาม ฟริทซ์ ฮาเบอร์ ได้พัฒนาวิธีทางเคมี ในการนำเอาไนโตรเจนในอากาศ ที่มีมากมายมาใช้ให้เป็นประโยชน์ ฮาเบอร์ค้นพบวิธี ที่นำเอาไนโตรเจนในอากาศ มาสร้างพันธะกับไฮโดรเจน เพื่อสร้างให้เป็นแอมโมเนีย แล้วจึงเติมแอมโมเนียลงไปในดิน ซึ่งมันจะถูกเปลี่ยนเป็นไนเตรตอย่างรวดเร็ว แต่ว่า หากจะนำกระบวนการฮาเบอร์มาใช้ เลี้ยงชาวโลกแล้ว เขาต้องหาทาง ผลิตแอมโมเนียนี้ให้ได้ง่ายและรวดเร็ว เพื่อให้ได้เข้าใจว่า ฮาเบอร์ทำสำเร็จได้อย่างไรนั้น เราต้องมาทำความรู้จัก กับสมดุลเคมี เพื่อให้สารเคมีอยู่ในภาวะสมดุล เมื่อคุณสร้างปฏิกิริยาเคมีในภาชนะปิด อย่างเช่น เอาเป็นว่าคุณใส่ ไฮโดรเจนและไนโตรเจนลงในภาชนะปิด และรอให้มันทำปฏิกิริยากัน ในตอนต้นของการทดลอง เรามีไนโตรเจนและไฮโดรเจนปริมาณมาก ดังนั้นแอมโมเนียจึงเกิดขึ้น อย่างรวดเร็ว แต่เมื่อไฮโดรเจนและไนโตรเจนทำปฏิกิริยา และถูกใช้หมดไป ปฏิกิริยาจะช้าลง เพราะไฮโดรเจนและไนโตรเจนมีเหลือน้อยลง ในภาชนะนั้น และในที่สุด เมื่อโมเลกุลของแอมโมเนียถึงจุด ที่มันจะเริ่มสลายตัว กลับไปเป็นไนโตรเจนและไฮโดรเจน หลังจากนั้นสักพัก ปฏิกิริยาทั้งสอง ทั้งการสร้างและการแตกตัวของแอมโมเนีย จะถึงจุดที่เกิดขึ้นเร็วเท่ากัน เมื่อความเร็วเท่ากัน เราเรียกปฏิกิริยานั้นว่าภาวะสมดุล มันอาจจะฟังดูดี แต่มันไม่ดี เมื่อคุณต้องการ ที่จะแค่ผลิตแอมโมเนียเยอะ ๆ ฮาเบอร์ไม่ต้องการให้แอมโมเนีย แตกตัวเลย แต่คุณก็ปล่อยให้ปฏิกิริยาเกิด เองเฉย ๆ ในภาชนะปิดไม่ได้ และนั่นเป็นสิ่งมันจะเกิดขึ้น ตอนนี้เองที่ เฮนรี่ เลอ ชาเทเลียร์ นักเคมีชาวฝรั่งเศส เข้ามาช่วยได้ สิ่งที่เขาค้นพบคือ หากคุณเอาระบบหนึ่งในภาวะสมดุลมา และคุณใส่บางสิ่งบางอย่างลงไป อย่างเช่น ไนโตรเจน ระบบนั้นจะทำงาน เพื่อให้กลับเข้าสู่ภาวะสมดุลอีกครั้ง เลอ ชาเทเลียร์ยังค้นพบอีกว่า หากคุณเพิ่ม ปริมาณความดันในระบบแล้ว ระบบนั้นจะพยายามทำงาน เพื่อให้ความดันกลับสู่ระดับเดิม มันเหมือนอยู่ในห้องที่คนแน่นไปหมด ยิ่งมีจำนวนโมเลกุลมาก ความดันก็ยิ่งมาก หากเราย้อนกลับไปดูที่สมการของเรา เราเห็นว่าด้านซ้ายมือ มีสี่โมเลกุลอยู่ทางซ้าย และมีแค่สองทางขวา ดังนั้น หากเราอยากให้ห้องอึดอัดน้อยลง และนั่นคือความดันน้อยลง ระบบก็จะเริ่ม เชื่อมไนโตรเจนและไฮโดรเจนเข้าด้วยกัน เพื่อสร้างโมเลกุลแอมโมเนีย ที่มีขนาดกะทัดรัดกว่า ฮาเบอร์คิดได้ว่าในการผลิต แอมโมเนียเป็นจำนวนมาก เขาจะต้องสร้างเครื่องจักร ที่จะเติมไนโตรเจนและไฮโดรเจน ได้อย่างต่อเนื่อง และเพิ่มความดัน ลงไปในระบบภาวะสมดุลได้ในเวลาเดียวกัน และนั่นก็เป็นสิ่งที่เขาได้ทำ ทุกวันนี้แอมโมเนียเป็นหนึ่งในสารประกอบเคมี ที่ถูกผลิตขึ้นมากที่สุดในโลก ประมาณ 131 ล้านเมตริกตันต่อปีโดยคร่าว ๆ ซึ่งเป็นแอมโมเนียประมาณ 290 พันล้านปอนด์ นั่นประมาณได้กับมวลของ ช้างแอฟริกัน 30 ล้านเชือก หนักเชือกละประมาณ 10,000 ปอนด์ 80% ของแอมโมเนียนี้ถูกนำมาใช้ผลิตปุ๋ย ส่วนที่เหลือถูกนำมาใช้ ในอุตสาหกรรมและผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดบ้าน และในการผลิตสารประกอบไนโตรเจนอื่น ๆ เช่น กรดไนตริก ในการศึกษาที่ผ่านมา พบว่าครึ่งหนึ่งของไนโตรเจนจากปุ๋ยเหล่านี้ เหลือตกค้างจากการดูดซึมของพืช ทำให้ไนโตรเจนเหลือตกค้างกลายเป็น สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย ในแหล่งน้ำและบรรยากาศโลก ทำลายสิ่งแวดล้อมของเราอย่างรุนแรง ฮาเบอร์ไม่ได้คิดว่าจะเกิดปัญหานี้แน่ ตอนที่เขานำเสนอสิ่งประดิษฐ์นี้ เพื่อสานต่อวิสัยทัศน์ของเขา นักวิทยาศาสตร์ปัจจุบันกำลังค้นหา กระบวนการฮาเบอร์แบบใหม่แห่งศตวรรษที่ 21 ที่จะไปถึงระดับการยังประโยชน์เดียวกันนั้น โดยปราศจากผลร้ายตามมา