Fritz Haber: Người tạo ra phân bón nuôi sống nửa nhân loại và mở đầu chiến tranh khí độc

Mùa xuân năm 1915, Fritz Haber trực tiếp có mặt tại khu vực Ypres để giám sát lần đầu tiên khí clo được sử dụng trong chiến đấu. Cuộc giao tranh tại trận Ypres lần thứ hai khi ấy đang lâm vào cảnh bế tắc chiến hào dai dẳng. Nhằm phá vỡ thế giằng co này, chính nhà khoa học người Đức đã đề xuất ý tưởng dùng khí clo, tận dụng đặc tính nặng hơn không khí để hơi độc tự chìm sâu xuống các tuyến phòng thủ của đối phương. [6][1]

Haber đặt niềm tin mạnh mẽ vào vũ khí hóa học. Trong mắt ông, việc xả thứ khí độc này ngoài mặt trận không có bất kỳ sự khác biệt nào so với việc bắn những viên đạn pháo thông thường. Ông tới tận khu vực Ypres không chỉ với tư cách một nhà nghiên cứu, mà để trực tiếp giám sát lần triển khai thực chiến đầu tiên của phương án do chính mình vạch ra. [6]

Sự hiện diện của Haber tại Ypres tạo nên một nghịch lý lịch sử sâu sắc khi đối chiếu với danh tiếng của ông. Thành tựu khoa học lớn nhất của Haber trước đó vốn gắn liền với khẩu hiệu lừng danh «Brot aus luft», nghĩa là bánh mì từ không khí. Một khối óc từng tìm ra con đường làm ra bánh mì từ không khí để nuôi sống nhân loại, nay lại đích thân mang thứ khí clo nặng hơn không khí tới chiến trường Ypres để phục vụ cho sự hủy diệt. [1][6]

Rào cản nitơ và những giọt amoniac đầu tiên tại Karlsruhe

Trong thế kỷ XIX, nhu cầu nitrat và amoniac tăng nhanh để làm phân đạm và nguyên liệu công nghiệp. Nguồn cung cấp nitơ chủ yếu khi ấy phụ thuộc vào các mỏ diêm tiêu và phân chim trên những hòn đảo nhiệt đới. Bước sang đầu thế kỷ XX, người ta cho rằng các nguồn dự trữ hữu hạn ấy không đủ đáp ứng nhu cầu tương lai của nhân loại. Trớ trêu thay, nguồn nitơ dồi dào nhất lại đang bao bọc quanh hành tinh: nitơ chiếm khoảng 78% bầu không khí, nhưng cấu trúc phân tử của nó rất ổn định và không dễ phản ứng với các hóa chất khác. [2]

Rào cản động học rất cao đối với việc phá liên kết khiến phản ứng hóa hợp nitơ đòi hỏi áp suất và nhiệt độ cao. Để vượt qua bức tường kiên cố của tự nhiên, quy trình của Haber đề ra nguyên lý chuyển nitơ khí quyển thành amoniac bằng phản ứng với hydro dưới sự hỗ trợ của chất xúc tác sắt được chia nhỏ. Tuy nhiên, việc giam hãm và kích hoạt phản ứng của các chất khí ở điều kiện khắc nghiệt vượt xa năng lực của các thiết bị thí nghiệm tiêu chuẩn thời bấy giờ. [2]

Giải pháp cơ khí chỉ thực sự mở ra vào tháng 9 năm 1906, khi Robert Le Rossignol bắt đầu làm việc với Haber tại Karlsruhe. Theo nghiên cứu về Le Rossignol, người trực tiếp thực hiện phần kỹ thuật của quy trình chính là anh — người trợ lý riêng trẻ tuổi người Anh đến từ quần đảo Channel. Trong xưởng thực nghiệm, Haber và Le Rossignol cùng phát triển thiết bị áp suất cao cùng chất xúc tác nhằm chứng minh tính khả thi của quy trình ở quy mô phòng thí nghiệm. [5][2]

Theo tiểu sử Nobel, Haber đã đạt được phản ứng tổng hợp bằng cách tuần hoàn nitơ và hydro qua lớp xúc tác ở áp suất 150–200 atmosphere và nhiệt độ khoảng 500°C. Thành quả rực rỡ đến vào mùa hè năm 1909, khi cỗ máy đặc biệt tại Karlsruhe bắt đầu tạo ra amoniac từ không khí từng giọt một với tốc độ khoảng 125 mL mỗi giờ. [10][2]

Cỗ máy của Bosch và hai mặt của chiếc bánh mì từ không khí

Vào tháng 3 năm 1908, BASF ở Ludwigshafen đã bắt đầu hỗ trợ tài chính cho nỗ lực tổng hợp amoniac từ các nguyên tố của Haber. Đến tháng 7 năm 1909, quy trình mang tên Haber được đem ra trình diễn cho BASF chứng kiến. Sau thành công trên bàn thí nghiệm, Haber không hề quên công lao của người cộng sự Robert Le Rossignol; ông đã ca ngợi anh tại Karlsruhe năm 1910, trong bài giảng Hurter năm 1913 và tiếp tục nhắc đến anh trong diễn văn nhận giải Nobel năm 1920. Về phía doanh nghiệp, BASF nhanh chóng mua lại quy trình và giao cho Carl Bosch nhiệm vụ đưa chiếc máy trên bàn thí nghiệm của Haber lên quy mô công nghiệp. [5][2]

Bước chuyển dịch từ phòng thí nghiệm ra nhà xưởng đặt ra vô vàn rào cản kỹ thuật. Năm 1909, nhà nghiên cứu Alwin Mittasch của BASF đã giải quyết một phần nút thắt này khi phát hiện ra chất xúc tác nền sắt rẻ hơn nhiều, một giải pháp hiệu quả và vẫn được tiếp tục sử dụng cho đến ngày nay. Nhờ những nỗ lực ấy, Bosch đã đưa hoạt động sản xuất lên cấp công nghiệp vào năm 1913. Cũng trong năm 1913, nhà máy Oppau của BASF tại Đức chính thức bước vào sản xuất amoniac công nghiệp theo quy trình Haber, trước khi đạt sản lượng 20 tấn mỗi ngày vào năm 1914. [2][1]

Sự ra đời của nguồn amoniac công nghiệp đã làm thay đổi hoàn toàn cục diện an ninh lương thực. Ước tính có tới một phần ba sản lượng lương thực toàn cầu hằng năm sử dụng amoniac từ quy trình Haber–Bosch. [1]

Tuy nhiên, lời giải cho nạn đói cũng đi kèm những tổn hại sinh thái kéo dài. Nước giàu nitơ từ phân bón có thể tạo điều kiện cho hiện tượng tảo nở hoa bùng phát và gây hại cho động vật do tảo lấy mất oxy. Khi tính cả khâu tạo hydro và tinh sạch nitơ, hoạt động sản xuất amoniac tiêu thụ 1–2% năng lượng toàn cầu và gây ra 3% phát thải carbon toàn cầu. [1][2]

Phong tỏa hàng hải và bước ngoặt vũ khí hóa học tại Ypres

Khi Thế chiến thứ nhất bùng nổ, bài toán nguyên liệu lập tức đe dọa sự sống còn của quân đội Đức. Trong cuộc xung đột này, các công ty Anh nắm quyền kiểm soát những mỏ natri nitrat rộng lớn ở Chile mà phe Đồng minh tiếp cận được. Nhờ ưu thế kiểm soát đường biển, phe Đồng minh thiết lập một cuộc phong tỏa hàng hải hiệu quả, chặn đứng hoàn toàn các nguồn cung nitrat ấy tới Đức. [2]

Không dừng lại ở việc bảo đảm nguồn đạn dược, Fritz Haber dấn thêm một bước quyết định vào mặt trận vũ khí mới. Trước khi Đức nhiệt tình theo đuổi vũ khí hóa học, quân đội Pháp đã từng thử nghiệm hơi cay ở quy mô nhỏ. Đến đầu năm 1915, Haber chính thức lãnh đạo mảng nghiên cứu khí độc của Đức. Dưới bàn tay điều hành của ông, nỗ lực chiến tranh của quốc gia này đã kết hợp chặt chẽ viện nghiên cứu tại Berlin do Haber quản lý với các tập đoàn công nghiệp thuốc nhuộm hàng đầu như Bayer và Hoechst. [7]

Chính tại đây, Haber đã trực tiếp đưa ra đề xuất vũ khí hóa khí clo, mở đường cho bước leo thang chiến thuật trên bộ. Để vượt qua rào cản quốc tế, phía Đức dựa vào cách diễn giải câu chữ: các hiệp ước năm 1899 cấm sử dụng đạn pháo chứa khí độc, nhưng Đức lập luận rằng việc dùng các bình chứa khí thì vẫn được phép. Ngay sau khi các đề xuất được duyệt, Haber đứng ra tuyển chọn một nhóm khoa học gia ưu tú, trong đó quy tụ nhiều người sau này đoạt giải Nobel. [7]

Bước đi này đã làm thay đổi hoàn toàn diện mạo chiến hào Tây Âu. Trong vòng một năm sau khi Đức dùng clo tại Ypres vào tháng 4 năm 1915, vũ khí hóa học đã nhanh chóng trở thành một phần quan trọng trong kho vũ khí của cả hai phe đối đầu. [7]

Phát súng trong đêm tiệc mừng và sự thật về Clara Immerwahr

Trước khi bước vào cuộc hôn nhân với Fritz Haber, Clara Immerwahr từng là một trong những gương mặt học thuật sáng giá hiếm hoi của giới nữ đương thời. Ngày 22 tháng 12 năm 1900, bà bước lên bục giảng đường chính của Đại học Breslau để bảo vệ luận án, chính thức trở thành người phụ nữ đầu tiên nhận bằng tiến sĩ tại ngôi trường này,. Sang năm 1901, bà kết hôn với Haber. Thế nhưng, con đường nghiên cứu của một tài năng hóa học nhanh chóng bị chặn đứng bởi xã hội thời bấy giờ không có việc làm dành cho các nữ khoa học gia. Sự nghiệp của bà rốt cuộc thu hẹp lại trong những giờ dạy tự do thuộc các chương trình giáo dục tiếp tục dành cho phụ nữ, với học viên chủ yếu là những người nội trợ. [3]

Ngày 23 tháng 4 năm 1909, Clara viết một lá thư gửi cho người thầy hướng dẫn và cũng là bạn tâm giao Richard Abegg để bày tỏ nỗi bất mãn dồn nén bấy lâu trong hôn nhân. Trong bức thư ấy, bà cay đắng viết rằng tất cả những gì Fritz đạt được trong suốt tám năm qua cũng chính là những gì bà đã đánh mất. [3]

Nỗi đau âm ỉ đó cuối cùng dẫn tới kết cục bi thảm vào mùa xuân năm 1915. Clara tự sát ngay trong đêm Haber mở tiệc ăn mừng thành công của cuộc tấn công bằng đám mây clo đầu tiên tại Ypres. Trong giới hạn những gì được biết, hai người đã nổ ra một cuộc cãi nhau dữ dội. Sau trận tranh cãi, bà đã tự sát bằng chính khẩu súng ngắn công vụ của ông. [3][6]

Sự ra đi của bà về sau đã làm nảy sinh nhiều câu chuyện truyền tụng. Huyền thoại về Clara Immerwahr bắt đầu bén rễ sâu rộng từ thập niên 1990, khắc họa bà như một nhân vật phản chiến kiên cường tự sát để phản đối hành vi khai sinh chiến tranh hóa học của chồng. Dù vậy, giới nghiên cứu lịch sử lại chỉ ra một thực tế cẩn trọng hơn. Một nhóm tác giả nghiên cứu năm 2016 tìm thấy rất ít bằng chứng cho khẳng định Clara là người chủ hòa công khai và tự sát vì phản đối chiến tranh hóa học. Ngay cả đạo diễn Dan Ragussis sau này cũng thừa nhận rằng hiện không có bằng chứng kết luận chính xác vì sao bà tìm đến cái chết. [3][9]

Lưu đày, bóng ma Zyklon B và bi kịch của một tình yêu đơn phương

Sau khi Thế chiến thứ nhất khép lại, danh tiếng của Fritz Haber tiếp tục chao đảo giữa vinh quang và những lời phán xét. Ông được trao giải Nobel Hóa học cho năm 1918 nhờ thành tựu cố định nitơ từ không khí, dù buổi lễ nhận giải thực tế chỉ diễn ra vào năm 1919. Bất chấp làn sóng phản đối gay gắt từ giới học thuật phương Tây vì vai trò của ông trong chiến tranh hóa học, nhà khoa học vẫn tìm mọi cách giúp đất nước gượng dậy sau thất bại. Từ năm 1920 đến năm 1926, Haber dồn tâm sức thử thu hồi vàng từ nước biển nhằm giúp nước Đức thanh toán các khoản bồi thường chiến tranh khổng lồ. [10]

Dù sinh ra tại Breslau thuộc Vương quốc Phổ, nay là Wrocław của Ba Lan, trong một gia đình Do Thái khá giả, Haber suốt đời luôn tự nhận mình là người Đức mạnh mẽ hơn là người Do Thái. Thế nhưng, lòng trung thành tuyệt đối ấy không thể bảo vệ ông trước sự trỗi dậy của chủ nghĩa Quốc xã. Năm 1933, luật chủng tộc được ban hành đã giáng đòn chí mạng vào viện nghiên cứu của ông. Theo tiểu sử Nobel, đạo luật này buộc gần như toàn bộ nhân viên của Haber phải từ chức và ông tự từ chức thay vì chấp nhận thỏa hiệp. Trong khi đó, bài viết của Đại học Houston lại ghi nhận rằng Haber vốn được phép ở lại dù là người Do Thái, nhưng ông đã kiên quyết từ chối lệnh sa thải các nhân viên Do Thái dưới quyền và chọn rời khỏi nước Đức. Giữa cảnh tha hương, Chaim Weizmann gửi lời mời Haber sang làm giám đốc Viện Nghiên cứu Sieff tại Rehovot, thuộc vùng Palestine dưới chế độ ủy trị. Ông nhận lời, nhưng chưa kịp đặt chân đến vùng đất mới thì đã qua đời vì suy tim trong một khách sạn ở Basel vào ngày 29 tháng 1 năm 1934, giữa cuộc hành trình, ở tuổi 65. [1][10][6]

Cái chết cô độc nơi đất khách vẫn chưa phải là hồi kết cho chuỗi ngày giằng xé của con người từng đứng giữa chiến trường Ypres. Về sau, các công trình nghiên cứu của Haber tiếp tục được dùng để phát triển loại thuốc trừ sâu mang tên Zyklon B mà không có sự tham gia trực tiếp của ông. Nhìn lại trọn vẹn số phận nghiệt ngã ấy, Albert Einstein từng nhận định rằng cuộc đời Haber chính là bi kịch của người Do Thái Đức, bi kịch của một mối tình cuồng nhiệt nhưng không bao giờ được đáp lại. [1][6]

Nguồn

1. Fritz Haber (Wikipedia) (en.wikipedia.org, bách khoa)
2. Haber process (Wikipedia) (en.wikipedia.org, bách khoa)
3. Clara Haber, nee Immerwahr (1870–1915): Life, Work and Legacy - PMC (www.ncbi.nlm.nih.gov, nguồn gốc)
4. Notice de personne "Haber, Fritz (1868-1934)" | Accueil | Catalogue général | BnF- Bibliothèque nationale de France (catalogue.bnf.fr, nguồn gốc)
5. Robert Le Rossignol, 1884–1976: Engineer of the ‘Haber’ process - PMC (www.ncbi.nlm.nih.gov, nguồn gốc)
6. Fritz Haber | The Engines of Our Ingenuity (www.uh.edu, bài viết)
7. Chemical Warfare: From the European Battlefield to the American Laboratory | Science History Institute (www.sciencehistory.org, bài viết)
8. The Forbidden Zone review – poisoned by a ‘higher form of killing’ | Theatre | The Guardian (www.theguardian.com, bài viết)
9. Feeding a War | Science History Institute (web.archive.org, bài viết)
10. Fritz Haber – Biographical - NobelPrize.org (www.nobelprize.org, bài viết)

Ảnh bìa: Unknown author Unknown author · Public domain · Wikimedia Commons. Bố cục và chữ do Trải Nghiệm Sống thực hiện.