(Langkah tersulit dalam sintesis amonia bukan terjadi di dalam labu)

Pada 1908, perangkat skala meja milik Haber dan Le Rossignol dapat menghasilkan sekitar 2 kilogram amonia per hari. Perangkat tersebut harus beroperasi pada suhu 500 hingga 550 derajat Celsius dan tekanan 100 hingga 200 atmosfer, serta menggunakan katalis osmium.

Molekul nitrogen sangat stabil. Agar nitrogen bereaksi dengan hidrogen, keduanya tidak cukup hanya dicampur. Suhu, tekanan, dan katalis harus bekerja bersama. Setelah reaksi, amonia juga harus dipisahkan, sedangkan gas nitrogen dan hidrogen yang belum bereaksi terus didaur ulang.

Eksperimen telah membuktikan bahwa nitrogen di udara dapat difiksasi menjadi amonia. Namun, masih banyak masalah sulit yang harus diatasi sebelum sebuah pabrik dapat memproduksinya secara berkelanjutan.

Rintangan pertama adalah katalis. Osmium langka, sehingga tidak cocok untuk menopang industri berskala besar. Dari tahun 1909 hingga 1912, tim Mittasch melakukan penyaringan sistematis di BASF, menguji lebih dari 2.500 katalis, dan akhirnya merumuskan katalis berbasis besi multikomponen yang mengandung promotor. Penyaringan ini bukan sekadar memilih unsur yang lebih murah dari tabel periodik, melainkan berulang kali menyesuaikan formulasi dan metode pembuatan agar aktivitas, masa pakai, dan biaya industri semuanya layak. Bahan yang dinilai “layak” di laboratorium haruslah bahan yang bisa dibeli dan digunakan dengan biaya terjangkau oleh pabrik.

Rintangan kedua lebih sulit terlihat: hidrogen bertekanan tinggi akan merusak baja. Reaktor baja lunak generasi awal hanya beroperasi sekitar 80 jam sebelum rusak akibat dekarburisasi. Solusi Bosch bukan sekadar menebalkan dinding baja, melainkan memasang lapisan dalam dari besi lunak di dalam reaktor dan membuat alur di antara lapisan dalam dan luar agar hidrogen yang merembes masuk dapat keluar.

Kini, jika kita melihat istilah “penskalaan eksperimen”, kita tahu bahwa istilah itu kurang tepat. Instalasi industri bukanlah labu yang diperbesar sepuluh ribu kali, melainkan sistem yang memerlukan penanganan ulang atas katalis, material, tekanan, penyegelan, dan sirkulasi gas. Jika satu saja tahap tidak dapat beroperasi dalam jangka panjang, hasil gemilang di laboratorium tidak akan pernah keluar dari gedung pabrik. Hal ini juga menjelaskan mengapa pekerjaan Bosch bukan sekadar “melengkapi” pencapaian Haber. Peralatan bertekanan tinggi itu sendiri merupakan bagian dari apa yang membuat penemuan ini dapat diwujudkan.

Pada 9 September 1913, pabrik BASF di Oppau mulai beroperasi dengan kapasitas 30 ton amonia per hari. Dari sekitar 2.000 kilogram per hari menjadi 30 ton, yang berubah bukan hanya jumlahnya, melainkan juga kemampuan industri untuk mereplikasi dan memelihara proses tersebut. Bahan baku harus terus-menerus masuk, reaksi harus berlangsung berulang kali, dan peralatan harus tahan digunakan seiring waktu agar produk dapat meninggalkan pabrik secara konsisten.

Kemudian, Haber memperoleh Hadiah Nobel Kimia tahun 1918 atas sintesis amonia; sedangkan Bosch, bersama Bergius, memperoleh Hadiah Nobel Kimia tahun 1931 atas metode tekanan tinggi dalam kimia. Di antara kedua penghargaan itu terbentang jarak antara reaksi ilmiah dan sistem rekayasa.

Sintesis amonia kemudian menopang produksi pupuk dan juga digunakan untuk memasok nitrat pada masa perang. Teknologi tidak hanya membawa satu hasil.

Hal yang paling patut diingat dari penemuan ini bukanlah bahwa seorang genius tiba-tiba menemukan jawabannya, melainkan bahwa banyak orang mengubah jawaban itu menjadi mesin yang mampu menahan tekanan tinggi, memungkinkan material diganti, dan beroperasi setiap hari. Penemuan bisa keluar dari labu berkat kerja keras yang tekun setelahnya.