Bitkilerin büyümesi için gerekli olan temel besinlerden biri azottur. Azot, proteinlerin ve DNA'nın yapısında bulunan vazgeçilmez bir elementtir. İlginç olan, soluduğumuz havanın yaklaşık beşte dördünün azot gazından oluşmasıdır. Yani azot, çevremizde bol miktarda bulunur. Ancak havadaki azot, iki azot atomunun birbirine son derece güçlü bir üçlü bağla bağlanmasıyla oluşan bir moleküldür. Bu bağın kırılması çok zor olduğu için bitkilerin ve hayvanların büyük çoğunluğu havadaki azottan doğrudan yararlanamaz.

Doğada havadaki azotu kullanılabilir biçimlere dönüştürebilen canlılar sınırlıdır. Bazı bakteriler, özel enzimleri sayesinde azot molekülünü parçalayarak amonyağa dönüştürebilir. Baklagillerin köklerinde yaşayan bakteriler bunun en bilinen örneğidir. Bu nedenle çiftçiler yüzyıllar boyunca toprağın verimliliğini korumak için baklagil ekimini diğer ürünlerle dönüşümlü olarak yapmış ve hayvan gübresi kullanmıştır. Şimşekler de havadaki azotun bir kısmını kullanılabilir biçimlere dönüştürür; ancak bu miktar oldukça azdır.

On dokuzuncu yüzyılın sonlarında hızla artan dünya nüfusu, tarımsal üretimin artırılmasını zorunlu kılıyordu. Avrupa ülkeleri, gübre olarak kullanılmak üzere Güney Amerika'dan büyük miktarlarda deniz kuşu dışkısı ve Şili'deki çöllerden doğal nitrat tuzları ithal ediyordu. Ancak bu kaynakların sınırlı olduğu ve bir gün tükeneceği açıktı. 1898 yılında İngiliz bir bilim insanı, dünyanın yakın gelecekte büyük bir açlık tehlikesiyle karşı karşıya kalacağı uyarısında bulundu ve bilim dünyasını havadaki azotu kullanmanın bir yolunu bulmaya çağırdı.

Bu çağrıya yanıt veren, Alman kimyacı Fritz Haber oldu. Haber, havadaki azot ile hidrojeni doğrudan birleştirerek amonyak üretmenin yollarını araştırdı. Bu tepkime kâğıt üzerinde basit görünse de uygulamada son derece zordu. Azot molekülü çok kararlı olduğu için tepkime oda koşullarında neredeyse hiç gerçekleşmiyordu. Haber, yüksek sıcaklık ve çok yüksek basınç uygulayarak ve uygun bir katalizör kullanarak tepkimeyi gerçekleştirmeyi başardı. 1909 yılında laboratuvarında küçük bir düzenekle sürekli olarak amonyak üretmeyi başardığını gösterdi.

Laboratuvardaki bu başarıyı sanayi ölçeğine taşımak ise ayrı bir mühendislik sorunuydu. Bu görevi, Alman bir kimya şirketinde çalışan mühendis Carl Bosch üstlendi. Bosch ve ekibi, son derece yüksek basınca ve sıcaklığa dayanabilen dev reaktörler tasarladı. Ayrıca binlerce deneme yaparak daha ucuz ve etkili katalizörler buldu. Birkaç yıl içinde ilk büyük amonyak fabrikası üretime başladı. Bugün bu yöntem, iki bilim insanının adıyla Haber-Bosch süreci olarak anılır ve her ikisi de Nobel ödülüne layık görülmüştür.

Haber-Bosch sürecinin insanlık tarihi üzerindeki etkisini abartmak güçtür. Bu süreçle üretilen amonyak, yapay gübrelerin temel hammaddesidir. Yapay gübreler sayesinde tarımsal verim büyük ölçüde artmış ve dünya nüfusunun son yüzyılda hızla büyümesi mümkün olmuştur. Bazı araştırmacılar, bugün dünya nüfusunun yaklaşık yarısının, bu süreçle üretilen gübreler olmadan beslenemeyeceğini tahmin etmektedir. Bedenimizdeki azot atomlarının önemli bir kısmının, bir zamanlar bir amonyak fabrikasından geçmiş olması muhtemeldir.

Ancak bu öykünün karanlık yönleri de vardır. Amonyak, yalnızca gübrelerin değil, patlayıcıların da temel hammaddesidir. Birinci Dünya Savaşı sırasında Almanya, doğal nitrat ithalatı engellendiği hâlde Haber-Bosch süreci sayesinde patlayıcı üretimini sürdürebildi. Fritz Haber ise savaş sırasında kimyasal silahların geliştirilmesine ve kullanılmasına öncülük etti. Bu nedenle Haber, milyarlarca insanın beslenmesini mümkün kılan bir buluşun sahibi olmakla birlikte bilim tarihinin en tartışmalı figürlerinden biri olarak anılır.

Haber-Bosch sürecinin çevresel bedelleri de giderek daha iyi anlaşılmaktadır. Süreç, büyük miktarda enerji gerektirir ve bu enerjinin önemli bir kısmı fosil yakıtlardan elde edilir. Dünyada tüketilen enerjinin kayda değer bir bölümünün yalnızca amonyak üretimine harcandığı tahmin edilmektedir. Ayrıca tarlalara gereğinden fazla atılan gübrelerin bir kısmı yağmur sularıyla nehirlere, göllere ve denizlere taşınır. Bu besin fazlalığı, sularda alglerin aşırı çoğalmasına ve oksijenin tükendiği ölü bölgelerin oluşmasına yol açabilir.

Bilim insanları bugün bu sürecin çevresel etkilerini azaltmanın yollarını aramaktadır. Yenilenebilir enerjiyle üretilen hidrojenin kullanılması, sürecin karbon ayak izini önemli ölçüde azaltabilir. Daha düşük sıcaklık ve basınçta çalışabilecek yeni katalizörler üzerine de araştırmalar yürütülmektedir. Bazı araştırmacılar ise tahıl bitkilerinin, baklagiller gibi azot bağlayan bakterilerle ortaklık kurabilmesini sağlamanın yollarını incelemektedir.

Gübrelerin daha verimli kullanılması da önemli bir çözüm yoludur. Toprağın ihtiyacına göre doğru miktarda ve doğru zamanda gübre kullanılması, hem çiftçinin maliyetini düşürür hem de çevreye verilen zararı azaltır.

Haber-Bosch süreci, bilimin insanlığa hem büyük nimetler hem de ciddi sorumluluklar getirebileceğinin çarpıcı bir örneğidir. Havadan ekmek yapan bu buluş, aynı zamanda bilimin nasıl kullanılacağına dair soruların bilimin kendisi kadar önemli olduğunu hatırlatır.