지구상의 인구가 두 배로 증가하려면 인간이 이를 유지하기 위해 더 많은 식량을 생산해야 합니다. 그러나 땅의 공간은 고정되어 있어 1인당 토지는 늘어나지 않습니다. 문제를 해결하는 한 가지 방법은 에이커당 곡물 수확량을 늘리는 것입니다. 식량작물을 재배하려면 인비료, 칼륨비료, 질소비료가 필요하지만, 이러한 비료가 없으면 좋은 수확을 거두기가 어렵습니다. 그러므로 각종 비료의 중요성과 각종 비료에 있어서 질소비료의 핵심적인 역할이 점차 사람들에게 인식되고 있다.

과거에는 질산나트륨, 황산암모늄 등의 형태로 질소비료를 대량으로 사용했다. 수요가 급증하면서 사람들은 질산나트륨이 곧 고갈되고, 황산암모늄도 부족해질 것이라는 걱정을 하지 않을 수 없다. 따라서 질소고정 문제는 과학계의 큰 주목을 받고 있다. 질소는 지구 전체 공기의 약 4/5를 차지합니다. 공기 중에는 유리질소가 많이 존재하지만, 질소의 화학적 성질은 매우 비활성이어서 직접적인 활용이 어렵습니다. 과학자들은 자연의 정상적인 온도에서 유리질소는 콩과 식물에서 자라는 뿌리줄기균(rhizobia)에 의해서만 직접적으로 활용될 수 있다는 것을 발견했습니다. Rhizobium은 놀라운 능력을 가지고 있습니다. 즉, 질소를 고정하는 기능이 있으며 공기 중의 질소를 실온에서 필요한 질소 비료로 전환시킬 수 있습니다.

1902년 독일 카를스루에 공과대학의 화학 교수인 하버는 질소를 질소 산화물과 암모니아(가장 흔한 질소 화합물)로 고정시키는 획기적인 과학 연구 작업을 시작했습니다. 화학 평형 이론에 따라 그는 인내심을 갖고 조금씩 실험을 시작했습니다. 그는 한때 수백 기압을 견딜 수 있는 반응 용기를 포탄에 내장하고, 아마엘 협회의 가스 램프 회사에서 제공한 백금, 텅스텐, 우라늄 및 기타 희귀 금속 재료를 사용했으며, 고온과 고압의 위험을 무릅쓰고 계속 실험하고 새로운 촉매제를 찾아보세요.

1907년 하퍼 등은 마침내 약 550℃, 150~250기압이라는 특이한 고압 조건에서 8.25%의 질소 화합물인 암모니아를 얻는 데 성공했고, 처음으로 0.1kg의 암모니아를 얻었다. 합성 암모니아의 생산이 성공적으로 완료되어 합성 암모니아의 연구 개발이 실험실을 돌파하고 실제 분야에 진입하여 산업 생산으로 전환할 수 있게 되었습니다.

1909년 하퍼는 '순환'이라는 개념을 제안했다. 이른바 '순환'이란 화학반응을 거치지 않은 질소와 수소를 반응기로 돌려보내고, 반응된 암모니아를 응축을 통해 분리하는 것이다. 이러한 방식으로 반복 작업을 통해 합성 암모니아의 수율을 높이고 공정을 실용적으로 만들 수 있습니다. 이번 개념의 제안은 합성암모니아 개발기술의 산업화 과정에서 결정적인 돌파구라 할 수 있다.

1919년 스웨덴 과학원은 하버가 발명한 합성 암모니아가 경제 생산에 큰 역할을 했다고 보고 1918년 세계 최고의 과학 영예인 노벨 화학상을 하버에게 수여하기로 결정했다. 암모니아 합성 연구에 대한 그의 뛰어난 공헌을 인정합니다. 하퍼는 수상 연설에서 암모니아의 발명을 "돌을 빵으로 바꾸는 것"이라고 묘사했는데, 이는 예기치 않게 전 세계 과학계의 만장일치의 분노를 불러일으켰습니다. 일부 비평가들은 하버의 발명이 독일의 제1차 세계 대전 시작과 연결되기도 했으며, 그의 발명이 독일의 전시 폭발물 생산 능력을 크게 향상시켰다고 믿었습니다.

하퍼의 비유가 적절하든 그렇지 않든, 그의 발명은 인간이 유리 암모니아를 직접 활용할 수 있는 길을 열었고, 또한 암모니아의 고압 합성을 위한 화학적 방법을 창안했습니다. 그 중요성은 대기 중의 질소를 "무진장하고 고갈되지 않는" 값싼 화학비료 공급원으로 전환할 뿐만 아니라 농업 생산에 근본적인 변화를 가져오는 것입니다. 동시에 본 발명은 관련 과학기술의 발전을 크게 촉진시켰다. 예를 들어 1923년에는 100~200기압 조건에서 메탄올을 합성했고, 1937년에는 100기압 조건에서 인공석유를 합성했으며, 1,400기압 조건에서 고압 폴리에틸렌을 생산하는 등 모두 관련이 있다. 암모니아 합성 이론의 확립과 발전은 서로 관련되어 있다. 이러한 관점에서 Harper는 화학 연구의 새로운 시대를 열었습니다.