Die letzten Jahrzehnte des 19. Jahrhunderts und das frühe 20. Jahrhundert markierten eine transformative Ära für BASF, die durch monumentale wissenschaftliche Durchbrüche gekennzeichnet war, die nicht nur das Unternehmen, sondern auch die globale industrielle Landschaft tiefgreifend veränderten. Diese Periode, oft als Zweite Industrielle Revolution bezeichnet, sah Deutschland als führend in der Chemie, angetrieben von einem neuen Paradigma systematischer, wissenschaftlich fundierter industrieller Forschung. Nachdem sich BASF als zuverlässiger Hersteller von Anilinfarben etabliert hatte, erkannte die Unternehmensführung, dass nachhaltiges Wachstum und Wettbewerbsvorteile aus kontinuierlicher Innovation und der erfolgreichen Industrialisierung zunehmend komplexer chemischer Prozesse resultieren würden. In dieser Ära begann das Unternehmen mit ehrgeizigen Forschungsprojekten, die Ergebnisse von beispiellosem Ausmaß und Einfluss lieferten und seinen operativen Rahmen sowie seine Marktposition grundlegend veränderten.
Eines der bedeutendsten Vorhaben war die Verfolgung von synthetischem Indigo. Natürlicher Indigo, der aus Pflanzen gewonnen wird, war historisch ein geschätzter, aber teurer und inkonsistenter Farbstoff, der einen erheblichen globalen Markt beherrschte. Die Herausforderung, Indigo chemisch im industriellen Maßstab zu synthetisieren, wurde als einer der heiligen Grale der organischen Chemie angesehen, ein Wettlauf, an dem mehrere prominente Chemiefirmen in Europa beteiligt waren. Unter der Leitung von Wissenschaftlern wie Karl Heumann und später Adolf von Baeyer, der 1905 für seine Arbeiten an organischen Farbstoffen den Nobelpreis für Chemie erhielt, investierte BASF immense Ressourcen, sowohl menschliche als auch finanzielle, in diese Suche. Das Unternehmen beschäftigte Berichten zufolge Hunderte hochqualifizierter Chemiker und Ingenieure und verpflichtete sich über mehr als zwei Jahrzehnte hinweg, Millionen von deutschen Mark in die Lösung des komplexen Syntheseproblems zu investieren, wobei neuartige Verfahren wie die Heumann-Synthese entwickelt wurden. Nach Jahren sorgfältiger Forschung und Entwicklung wurde die industrielle Synthese von Indigo schließlich 1897 von BASF erreicht. Dieser Durchbruch revolutionierte nicht nur die Textilindustrie, indem er einen reichlichen, konsistenten und erschwinglichen blauen Farbstoff lieferte, sondern demonstrierte auch BASFs unvergleichliches Engagement für langfristige, risikobehaftete, ertragreiche Forschung und Entwicklung. Die wirtschaftlichen Auswirkungen waren sofort und global: Innerhalb weniger Jahre verdrängte BASFs synthetischer Indigo, vermarktet als "Indigo pure BASF", effektiv die natürliche Indigoanbauindustrie, was insbesondere Plantagen in Indien betraf. Bis 1913 erfasste künstlicher Indigo über 95 % des globalen Indigo-Marktes, wobei BASF einen erheblichen Anteil hielt und seine dominante Position im Farbstoffsektor festigte.
Noch weitreichender war BASFs Engagement in der Entwicklung und Industrialisierung des Haber-Bosch-Prozesses zur Ammoniaksynthese. Um die Wende zum 20. Jahrhundert sah sich die Welt einer drohenden Krise in der Nahrungsmittelproduktion aufgrund der Knappheit an natürlichen Stickstoffdüngemitteln gegenüber. Die Abhängigkeit von natürlichen Nitraten, hauptsächlich chilenischem Salpeter, hob eine kritische Verwundbarkeit in der globalen Landwirtschaft hervor und führte zu malthusianischen Ängsten vor weit verbreitetem Hunger. Fritz Habers bahnbrechende Arbeiten zur Synthese von Ammoniak aus atmosphärischem Stickstoff und Wasserstoff boten eine theoretische Lösung für diese "Stickstoffkrise". Die Skalierung dieses Hochdruck-Hochtemperatur-Prozesses von der Labor- zur Industrieproduktion stellte jedoch eine gewaltige ingenieurtechnische Herausforderung dar, die beispiellose Anforderungen an Materialwissenschaft und Prozesskontrolle erforderte. Frühere Versuche zur Fixierung von atmosphärischem Stickstoff, wie der Birkeland-Eyde-Arc-Prozess oder der Frank-Caro-Cyanamid-Prozess, waren entweder zu energieintensiv oder in ihrem Maßstab begrenzt, um die globale Nachfrage angemessen zu decken.
Carl Bosch, ein außergewöhnlich talentierter Chemieingenieur bei BASF, übernahm die immense Aufgabe, den Haber-Prozess zu industrialisieren. Seine unermüdlichen Bemühungen, zusammen mit seinem engagierten Team von Ingenieuren und Metallurgen, beinhalteten die Lösung zahlreicher Probleme, darunter die Konstruktion von Hochdruckreaktoren, die extremen Temperaturen und Drücken (bis zu 200 Atmosphären und 500 °C) standhalten konnten, die Entwicklung langlebiger und effizienter Katalysatoren sowie die Perfektionierung der komplexen Gasreinigungs- und Recycling-Systeme. Diese Innovationen erforderten Durchbrüche in der Metallurgie, insbesondere bei der Schaffung von legierten Stählen, die wasserstoffversprödungsbeständig waren. Dieses monumentale Unterfangen kulminierte 1913 in der Inbetriebnahme der ersten industriellen Haber-Bosch-Anlage in Oppau, die eine Anfangsinvestition von mehreren Millionen Goldmark darstellte und jährlich Tausende von Tonnen Ammoniak produzierte. Dieser Erfolg war nichts weniger als revolutionär. Der Haber-Bosch-Prozess ermöglichte die Massenproduktion synthetischer Düngemittel, verwandelte die Landwirtschaft grundlegend und ermöglichte einen beispiellosen Anstieg des globalen Nahrungsmittelangebots, was direkt zur Ernährung von Milliarden beitrug. Seine strategische Bedeutung war ebenfalls immens, insbesondere während des Ersten Weltkriegs, da er Deutschland eine heimische Quelle für Nitrate für Sprengstoffe und andere industrielle Chemikalien bot, als der Zugang zu natürlichen chilenischen Nitraten durch die alliierte Blockade abgeschnitten wurde. Diese doppelte Anwendung in der Landwirtschaft und Verteidigung unterstrich die tiefgreifenden Auswirkungen von BASFs Innovation und seine zentrale Rolle in der industriellen Entwicklung.
Diese großen Innovationen katapultierten BASF in eine Position globaler Führerschaft. Die Markterweiterung des Unternehmens erstreckte sich über Farbstoffe hinaus auf eine breite Palette chemischer Produkte, darunter Zwischenprodukte, Säuren, Alkalien und vor allem Düngemittel. Neben Indigo und Ammoniak entwickelte BASF aktiv neue Verfahren für Schwefelsäure, Natronlauge, Chlor und später organische Lösungsmittel und Kunststoffvorstufen. Der Jahresumsatz wuchs in dieser Zeit exponentiell, von etwa 25 Millionen Mark im Jahr 1890 auf über 100 Millionen Mark bis 1913, was den erfolgreichen Diversifizierungs- und Marktdurchdringungsprozess widerspiegelt. BASF etablierte umfangreiche globale Vertriebsnetze und nutzte ihre technologische Dominanz, um signifikante Marktanteile in Europa, Nordamerika und Ostasien zu erobern, oft durch direkte Tochtergesellschaften und exklusive Agenturen. Ihre Wettbewerbsposition wurde durch einen integrierten Ansatz gefestigt, der grundlegende wissenschaftliche Forschung nahtlos mit der großtechnischen industriellen Produktion und effizienten Distribution verband und eine frühe Form des "Verbund"-Prinzips verkörperte, bei dem Abfallprodukte eines Prozesses als Rohstoffe für einen anderen dienten, was die Effizienz steigerte und die Kosten im Ludwigshafener Komplex senkte.
Die Organisationsstruktur und Führung entwickelten sich erheblich weiter, um den Anforderungen dieses rasanten Wachstums und der technologischen Komplexität gerecht zu werden. Die Ära sah einen Übergang von der Gründergeneration zu einer neuen Gruppe professioneller Manager und wissenschaftlicher Direktoren, wie dem Generaldirektor Heinrich von Brunck, der die Komplexität der Führung eines großen, technologisch fortgeschrittenen Chemieunternehmens verstand. Diese Führung förderte eine Kultur der kontinuierlichen Verbesserung und strategischen Investition in Forschung und Entwicklung, indem sie spezielle Unternehmensforschungsinstitute und fortschrittliche Ingenieureinheiten einrichtete. Die Belegschaft des Unternehmens wuchs dramatisch, von rund 6.000 Mitarbeitern im Jahr 1890 auf über 11.000 bis 1910, was den zunehmenden Umfang seiner Betriebe und Forschungsanstrengungen widerspiegelt. BASFs systematischer Ansatz im Management von geistigem Eigentum, einschließlich umfangreicher Patentanmeldungen, schützte zudem seine Innovationen und Marktvorteile und stellte sicher, dass das Unternehmen an der Spitze chemischer Innovationen blieb. Die Fähigkeit des Unternehmens zu bahnbrechenden Erfindungen, gepaart mit seiner unvergleichlichen Fähigkeit, diese Entdeckungen zu industrialisieren, festigte seinen Status als bedeutenden globalen Akteur und legte ein robustes Fundament für zukünftige Expansion und Diversifizierung.
Am Ende dieser Durchbruchsperiode war BASF nicht mehr nur ein Farbstoffproduzent; es war zu einer Macht der industriellen Chemie geworden. Die massiven Investitionen in wissenschaftliche Forschung, Infrastruktur und Humankapital hatten außergewöhnliche Renditen erzielt und das Unternehmen als unverzichtbaren Anbieter wesentlicher chemischer Produkte für verschiedene Industrien weltweit positioniert. Diese Ära demonstrierte grundlegend, dass eine langfristige strategische Vision, gepaart mit rigoroser wissenschaftlicher und ingenieurtechnischer Ausführung, ganze Industrien neu definieren und einige der drängendsten Herausforderungen der Menschheit angehen konnte, von der Ernährung einer wachsenden Bevölkerung bis zur Bereitstellung wesentlicher industrieller Materialien. Diese Periode beispiellosen Wachstums und Innovation bereitete BASF somit auf die komplexen geopolitischen und wirtschaftlichen Veränderungen vor, die das mittlere 20. Jahrhundert prägen würden.