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哈伯-博世法是工业合成氨的核心工艺，通过氮气和氢气在铁催化剂作用下，在高温高压条件下反应生成氨气。这个反应方程式为氮气加三个氢气分子生成两个氨分子并放出热量。该工艺的发明解决了人类对氮肥的巨大需求，支撑了现代农业的发展。
哈伯-博世法的工艺条件选择基于化学平衡原理。温度在四百到五百摄氏度之间，压力为一百五十到三百个大气压。从平衡常数可以看出，高压有利于氨的生成。但温度过高会降低平衡产率，过低则反应速率太慢。因此需要在产率和反应速率之间找到最佳平衡点。
哈伯-博世法的工业生产流程包括多个步骤。首先从空气中分离氮气，从天然气制取氢气。然后对气体进行净化，除去会毒害催化剂的杂质。净化后的氮气和氢气在高温高压下通过铁催化剂进行反应。生成的氨气通过冷却液化分离出来，而未反应的气体则循环回到系统中继续反应，提高原料利用率。
铁基催化剂通过降低反应活化能来加速哈伯-博世反应。从能量图可以看出，催化剂显著降低了反应的活化能，使反应更容易进行。催化剂表面的铁原子为氮气和氢气分子提供活性位点，促进氮氮三键的断裂和氨分子的形成。虽然催化剂不改变反应的热力学平衡，但大大提高了反应速率，使工业生产成为可能。
哈伯-博世法对人类社会产生了深远影响。它解决了全球粮食危机，支撑了现代农业发展，使世界人口从1900年的16亿增长到现在的78亿，其中一半人口的生存依赖于这一工艺生产的氮肥。然而，该工艺也带来环境挑战，每生产一吨氨需要消耗28到35吉焦能量，并排放1.9吨二氧化碳，这对可持续发展提出了新的要求。