人工合成靛蓝需要的全部原料都是在工厂里生产出来的。合成邻苯二甲酸酐所需要的硫酸在这里是利用克尼契博士发明的新方法，即接触法生产的。在接触室里，二氧化硫在铂催化剂的作用下，被氧化成硫酸酐。萘氧化成邻苯二甲酸酐的过程也是利用金属汞作催化剂才得以实现的。这种氧化方法是由奥汉查培尔博士提出的。
克尼契博士——这位在公司里被大家称为“红似火的首脑”的人确是一位名副其实的化工天才。他毕业于萨尔廷堡工学院，对金属工艺学和化学的钻研尤为深透。因此，他能够创造出规模如此庞大的接触设备和热交换装置，为工业提供了又一种新颖方法，这也绝非偶然的。
在较短的时间里，波施对工艺过程的各个细微奥妙之处都进行了学习、探讨。同时他还了解了作为难题的“症结”所在，并且进一步认真地思考克服这些难关的种种办法。他的一项内容重要、言之成理的建议立刻改变了他在公司中的地位。
事情的发生完全出乎人们的意料之外。有一天波施接到通知，叫他到克尼契博士的办公室里去一下。看样子克尼契正因为某件事显得情绪特别激动。他稍稍点了一下头，就径直地转入正题。
“我刚从经理处来，波施博士。经理那儿来了一位威廉·奥斯特瓦尔德教授。您不是在莱比锡上过学吗，您认识他吧？”
“我多少知道一点。我当时在第一化学实验室工作，而奥斯特瓦尔德教授领导的是第二化学实验室。他主要从事催化方面的研究。”
“我正是为此才请您来的，奥斯特瓦尔德教授研究出一种用氮和氢经催化作用直接合成氨的方法。”在研究催化过程方面，奥斯特瓦尔德的确取得了更大成就。他与部里的人交谈时偶尔得知，硝石问题是德国的一个重大问题。智利硝石价格昂贵，供应缺乏保证，而且硝石又是战略原料，是制造炸药的必需品，因此必须开办工厂，在国内生产硝石。”
用空气制取氮的设想早已变成现实，可是怎样用游离氮来制取硝石呢？
这就要求首先研究出一种能使氮、氢化合的催化方法。
全面的研究开始了。一方面，要掌握合适的条件和催化剂，通过最简便的、最经济的氮氢合成法来制取氨；另一方面，还要研究有无可能把氨氧化成一氧化氮。有了一氧化氮，制取硝酸和硝石就好办多了。因此，任务集中在两个主要问题上，一是制氨；二是制硝酸。
合成氨的研究工作进行得相当缓慢，而把氨氧化成硝酸的问题却解决得非常成功。主要实验都是哈里，也就是埃贝哈德·鲍尔博士负责进行的。他后来成了奥斯特瓦尔德的女婿。鲍尔博士在短时期内顺利完成了使氨发生氧化的研究工作。在进行最初几次实验时，就发现可用铂铱合金作为催化剂。
后来在“法本工业康采恩”的协助下，把氨氧化成一氧化氮的接触法开始用于工业生产。
克尼契讲到这儿，稍停顿了一下，接着说：“为出售这项方法的转让权，他要公司付给他100万马克。这可是一笔高得出奇的巨款，不过经理处倒是准备买下来，如果这个方法是可靠的话。化合态的氮对于我们来说，就如同空气一样地必需。为此，我们德国每年不得不进口几十万吨的智利硝石。如果我们把合成氨搞成功了。那么，我们不仅能够满足我国农业所需要的硝石，而且还可以把自己的硝石外运出口。波施博士，这可是几百万，甚至几千万马克的收入啊！”
卡尔·波施彬彬有礼地听完克尼契的谈话，但是他弄不清克尼契安排这次谈话的目的何在。
“经理处委托我验证一下奥斯特瓦尔德教授的方法，”克尼契接着说，“我现在想把这个任务交给您去完成。您认为什么地方合适，就在什么地方干，在实验室或者工厂都行。”
波施由于心情激动，脸颊泛起了红晕，时机到底等来了！这个建议证明领导承认他是有才能的。现在，他应当不惜任何代价地努力完成任务，以便不辜负大家对他的期望。
设计实验装置对他来说毫不困难。无论是在车床上或者是在吹玻璃的煤气灯上，他都能操作自如。最初的一套装置结构比较简单粗糙，但是各项基本条件都符合要求。为了保证气体进入的流速均匀，波施利用自行车的打气筒输气。装在玻璃管里面的螺旋铁丝，从外面用若干煤气灯对它加热。这个螺旋丝是个极好的催化剂，它可以把氮氨分解成氮和氢，可是如果让氮和氢的混合气体从它的上面通过，却得不到氨。不论实验结果是否令人宽慰，反正得把结果向经理处汇报。
奥斯特瓦尔德教授在得知波施的实验失败之后，亲自跟他谈话，并就合成氨的有关问题做了某些说明和解释。他确有把握地认为，在波施做实验的过程中，肯定有什么地方出了差错。
“波施博士，有一点我请您注意，这个过程可是一个平衡的过程，”奥斯特瓦尔德说道，“往装有催化剂的管子里通进去气体之后，在所得到的气体混合物里，氨的含量为6％。”
“这与通入气体的速度有关系，”波施打断了他的话这样说道，“当气体的流速不大时，氨几乎全部分解为氮气和氢气，如果我们在同样的催化剂的上面通入氮、氢的混合气体，则不会有氨生成。”
“您在实验里用的是什么样的螺旋丝啊？”
“就是用铁本身做成的螺旋丝，这正是按您的建议做的，奥斯特瓦尔德先生”。
“可是用我做的螺旋丝，过程却进行得很正常嘛！”奥斯特瓦尔德用一种怀疑和不信任的目光瞧着波施。
他紧接着就去找经理去了：
“贵厂十分轻率地就相信了一个没有什么经验的人所做的实验结果。我本想亲自把他的实验全部检查一遍，可惜我又没有时间。您如果认为我的建议是不能接受的，我可以放弃我的建议，我再到别处推荐去。不过为了避免误解，我准备再把我做的螺旋丝给您寄来，您不妨用我的螺旋丝试试，把实验再重复一遍怎么样？”
从莱比锡寄来的螺旋丝收到了。一开始，用它做实验，得到的结果是对头的，即正结果，但是经过几次实验之后，它又不起作用了。对经理处来说，问题已经解决。但是波施的心情却一直无法平静下来。难道像奥斯特瓦尔德这样杰出的科学家也会弄错了吗？是不是因为他们忽略了某个细节，结果导致失败呢？
一连好几天，波施坐在图书馆里流连忘返。他细心地查阅一切有关氨的分解和铁在氨里、氮里以及其他气体中的性质的书刊和文章。他把查出的大量事实做了比较和系统地归纳之后，终于弄清了应当如何正确地解释奥斯特瓦尔德的实验结果。卡尔赶紧去找克尼契博士，以便把自己的想法告诉给他。
“奥斯特瓦尔德先后用的是同一根螺旋丝，”波施说，“他先在它上面通过去的是氨，然后通过去的是氮和氢的混合气体。高温下在氮气的介质中铁生成了氮化物，后者在受到氮氢混合物中氢气的作用后，便发生分解，于是又产生出氨气来。这正是我们多次失败的原因所在呀！”
“据我所知，铁在氮气介质里加热也能生成氮化物。”克尼契博士说。
“这正是我的想法的另一个方面，也是我准备跟您交换的一点意见。我们能否找到一种条件，使金属粉末变成氮化物，再用氢气处理金属氮化物而生成氨。”
“您完全有条件通过实践去验证您的上述设想，波施博士。经理处给您提供完全的行动自由。我们准备把邻苯二甲酸酐车间所属的实验室拨出一个归您支配。在那里的地下室内有一个小工厂也可以归您自己使用，另外在最近我们还要给您几名助手支援您的研究工作，以便能取得更大成绩。”
波施听后十分激动，克尼契博士接着又说道：
“布隆克经理（德国有机化学家，研究过染料的合成和染料性能方面的问题。布隆克还是一位有名的化学史专家，他曾撰写过靛蓝的制造史）认为您应当研究一下硝酸制法的改进问题。目前使用的这个方法最早是由毕凯兰和艾德二人提出的。这里有许多问题急需解决。譬如降低电能消耗问题；增加氮氧化物的产量问题；提高氮氧化物被吸收的程度问题等等，您可以看出，主要的问题是如何把空气中的氮固定成化合态。”
展现在波施眼前的是一幅无限广阔的发展前景。公司已为他运用自己的理论知识和实践经验、为他在科学思想上实现突飞猛进的志愿提供了条件。
而克朗茨师傅则是他了不起的好助手。波施在研究工作上的最大特点就在于高度的精确性，而在化学仪器装置的设计中，最重要的一项要求也正是精确性。
除了在实验室里进行各种实验之外，波施同时还为建造更加完善的新装置、新设备多方奔走，四处张罗，他正是从这两个方面继续进行自己的科学探索。他们还实现了把氮固定成氨的其他几种工业方法。其中有一种是生成氮化物中间体的方法，关于此法，他已和克尼契博士谈过。还有一种可能的方法——氰氨化物合成法，事实证明此法也很可靠，只不过从氰氨化钙里制取氨，需要的成本极高，因此，氰氨化物合成法不可能用于大规模的工业生产。
波施连一分钟的空闲都没有。原来，他身兼数职。他必须到安装着生产硝酸的设备那里去，以便详细观察反应进行的情况；他又得到克朗茨师傅的小工厂里去，亲自核对每部分的新图线；此外，他还需要去实验室看看，因为那里正在实验各种方案。他提出不少新办法，既比较可行，且经济效益较好。
每当他感觉到精力快要不支的时候，他就找来几个铁盒子，带着抄网和小铲子，骑上自行车，直奔城外到墨尔汉姆附近的沼泽地去，或者是来到莱茵河的岸边，采集各种甲虫，蜗牛或者各类水生昆虫等等，作为他尚未收藏齐全的动物标本。这项活动使他身心感到舒畅愉快，疲劳顿时消失，他又重新充满了活力。有时候，波施到他的朋友们的宿舍里去串门。大家欢快地说到深夜，可是第二天清早他必定准时到公司上班。
时间悄悄地流逝着。直到返回故乡过圣诞节的时候，波施才发现年复一年过得太快了。他真的看到了这一点：母亲头上布满斑斑白发，小妹妹鲍拉长得那样高大，她如今已不是过去那个令人发笑的小女孩，竟变成一位端庄匀称、美丽可爱的大姑娘了。他的女友艾丽莎的变化更是令人惊讶。她本来是个翘鼻子的小学生，那时候卡尔扯着她那一对小辫子，手上还拿黑色的大甲虫吓唬她呢！
现在，跟妹妹一起走进来的艾丽莎完全变了模样，仿佛换了个人，一个文雅、体面和充满自尊的漂亮小姐。艾丽莎是一位具有独立性格的、坚毅果敢的姑娘。她弄到一辆自行车，于是就放心大胆、无忧无虑地在科隆大街上骑着车到处转，根本不留意过路人投向她的愤懑的目光。“一个姑娘居然还骑自行车？这成何体统！”端庄持重的夫人、太太们愤忿地议论道。
然而，大家不久对此就都习惯了，而且胆子大一点的姑娘甚至也骑车上街，效仿起艾丽莎来。
自从和艾丽莎这次相见以后，波施常常到科隆来，他俩一起骑着自行车到城外去玩，举行自行车竞赛，采集动物标本。
波施每次由科隆返回路易港的时候，总感到和艾丽莎还没有呆够。艾丽莎不仅喜欢听他讲述研究工作中的种种趣闻轶事，而且每次耐心地把经过原原本本地听完。波施讲得娓娓动听，还把自己疑惑不解的地方统统告诉她。
此外，也把自己的成功和失败如实地讲给她听，以使她和自己同甘共苦。
艾丽莎喜欢这位精明干练、牵动人心的青年，她答应了他的求婚。
婚礼是在科隆举行的，婚后他俩立刻就到路易港去了。这对年轻夫妇住的是一所私人住宅，坐落在一个宽阔大庭院的深处。这下子可有地方啦，不仅能摆放各种养鱼缸，而且还能放置各样饲养两栖类小动物的饲养箱。他们把一个房间改造成小工厂，安装了一台车床并且安放了木工的工作台。其余的时候，波施就从事他心爱的活动，养鱼、饲养两栖类的小动物、采集昆虫标本和栽培花草。
制造合成氨
波施接着对氮的固定问题进行研究。他研究了现有的全部有关文献后，得出这样的结论：制取氨最容易实施的方法就是通过氰氨化钡。公司根据波施的订购申请，运进了一批碳酸钡，而克朗茨师傅则制作了一台压块机，以便把碳酸钡和煤粉的混合物压制成团块。具体的实验工作是由阿尔文·米塔什博士做的，他是经鲍登施坦教授的推荐来巴登公司工作的。鲍登施坦是德国物理化学家，迈耶尔的学生。迈耶尔曾经执教于德国汉诺威技术学校，并任柏林大学教授。鲍登施坦在热分解和电化学方面做过大量的研究，并且是最早从事光化学和化学动力研究工作的科学家。
米塔什博士研究出一种制氮的新方法，而氮又是合成氨必需的原料。老办法制氮是除掉空气中的氧，也就是让氧与铜粉起作用，从而将氧去掉。这方法耗费大，而新法则便宜得多。它是把空气和氢气分别用两个管道通进来，在两种气体汇合后并形成混合气体的时刻，将其点燃，使混合气体燃烧。在这种条件下，空气中的氧便与氢相结合变成水，而氮则呈游离态留在反应器里。
把利用这种方法制得的氮气，通进一个填充了碳酸钡和煤粉团块的反应器。
由于反应需在1500℃的高温下进行，所以反应器是放在一个专门的炉子里加热的。但是，由于连续反应器的输氮管密封程度经受不住如此高的温度，所以气体便从反应器里漏出来，结果，反应器内的团块往往和反应前一样，丝毫没有变化。
可是，氰化钡和氰氨化钡的混合物则极易与水蒸气发生反应，结果生成氨和碳酸钡，然后把碳酸钡与煤粉混合，再压制成团块重新使用。
新法是一个相当可靠的方法，两位研究人员劳动多年的成果并没有白费，他们的设计方案被公司采纳了，公司的生产委员会决定拨出资金建造氰氨化物工厂。
这个工厂于1906年开始动工兴建，而波施的儿子恰巧在同一年出生。按照家庭的传统，长子与父亲同名，波施的祖父、父亲和他本人，现在又添上他的长子，老少四辈人的名字都叫波施。
艾丽莎由于照看小孩子，无法脱身，她未能看到工厂的建造过程，不过她丈夫把兴建的情况全都详细地讲给她听。环形转炉的炉体由16个加热室组成，每个加热室内分别装有210个由耐火砖砌成的反应器。全部反应器内可容纳的团块，总量相当于五吨的碳酸钡。根据波施的计算，氨的产量平均每昼夜应当达到500公斤以上。但是，用30个反应器生产是一回事，现在用3000个反应器生产则全然是另一回事！实际表明，氨的日产量还达不到350公斤。这个产量是太低了，甚至连成本都不够。所以，公司的经理管委会做出了暂停生产的决定，并于1908年6月正式执行。