Les dernières décennies du XIXe siècle et le début du XXe siècle ont marqué une ère transformative pour BASF, caractérisée par des percées scientifiques monumentales qui ont profondément remodelé non seulement l'entreprise, mais aussi le paysage industriel mondial. Cette période, souvent appelée la Seconde Révolution industrielle, a vu l'Allemagne émerger comme un leader en chimie, propulsée par un nouveau paradigme de recherche industrielle systématique et basée sur la science. S'étant établie comme un producteur fiable de colorants à l'aniline, la direction de BASF a reconnu que la croissance soutenue et l'avantage concurrentiel découleraient d'une innovation continue et de l'industrialisation réussie de processus chimiques de plus en plus complexes. Cette époque a vu l'entreprise se lancer dans des projets de recherche ambitieux qui ont produit des résultats d'une ampleur et d'un impact sans précédent, déplaçant fondamentalement son champ d'action et sa position sur le marché.
L'une des entreprises les plus significatives fut la recherche de l'indigo synthétique. L'indigo naturel, dérivé des plantes, était un colorant historiquement prisé mais coûteux et inconsistant, occupant un marché mondial substantiel. Le défi de synthétiser chimiquement l'indigo à une échelle industrielle était considéré comme l'un des saints graals de la chimie organique, une course impliquant plusieurs entreprises chimiques de premier plan à travers l'Europe. Sous la direction de scientifiques tels que Karl Heumann et plus tard Adolf von Baeyer, qui a finalement reçu le Prix Nobel de chimie en 1905 pour ses travaux sur les colorants organiques, BASF a investi d'immenses ressources, tant humaines que financières, dans cette quête. L'entreprise aurait employé des centaines de chimistes et d'ingénieurs hautement qualifiés, engageant des millions de marks allemands pendant plus de deux décennies pour résoudre le complexe problème de la synthèse, développant des processus novateurs tels que la synthèse Heumann. Après des années de recherche et développement minutieux, la synthèse industrielle de l'indigo a finalement été réalisée par BASF en 1897. Cette avancée a non seulement révolutionné l'industrie textile en fournissant un colorant bleu abondant, constant et abordable, mais a également démontré l'engagement sans égal de BASF envers la recherche et développement à long terme, à haut risque et à forte récompense. L'impact économique a été immédiat et mondial : en quelques années, l'indigo synthétique de BASF, commercialisé sous le nom de "Indigo pur BASF", a effectivement remplacé l'industrie de culture de l'indigo naturel, impactant particulièrement les plantations en Inde. En 1913, l'indigo artificiel capturait plus de 95 % du marché mondial de l'indigo, BASF détenant une part significative, consolidant ainsi sa position dominante dans le secteur des colorants.
Encore plus éloquente fut l'implication de BASF dans le développement et l'industrialisation du processus Haber-Bosch pour la synthèse de l'ammoniac. Au tournant du XXe siècle, le monde faisait face à une crise imminente de production alimentaire en raison de la rareté des engrais azotés naturels. La dépendance aux nitrates naturels, principalement le salpêtre chilien, mettait en évidence une vulnérabilité critique dans l'agriculture mondiale, suscitant des craintes malthusiennes de famine généralisée. Les travaux révolutionnaires de Fritz Haber sur la synthèse de l'ammoniac à partir de l'azote atmosphérique et de l'hydrogène offraient une solution théorique à cette "famine d'azote". Cependant, l'extension de ce processus à haute pression et haute température du laboratoire à la production industrielle représentait un défi d'ingénierie redoutable, nécessitant des niveaux sans précédent de science des matériaux et de contrôle des processus. Les tentatives antérieures de fixation de l'azote atmosphérique, telles que le processus à arc de Birkeland-Eyde ou le processus de cyanamide de Frank-Caro, étaient soit trop énergivores, soit limitées en échelle pour répondre adéquatement à la demande mondiale.
Carl Bosch, un ingénieur chimiste exceptionnel chez BASF, a entrepris la tâche immense d'industrialiser le processus Haber. Ses efforts acharnés, aux côtés de son équipe dévouée d'ingénieurs et de métallurgistes, ont impliqué la résolution d'innombrables problèmes, y compris la conception de réacteurs à haute pression capables de résister à des températures et des pressions extrêmes (jusqu'à 200 atmosphères et 500 °C), le développement de catalyseurs durables et efficaces, et la perfection des systèmes complexes de purification et de recyclage des gaz. Ces innovations ont nécessité des percées en métallurgie, notamment dans la création d'aciers alliés résistants à l'embrittlement par l'hydrogène. Ce projet monumental a culminé avec la mise en service de la première usine Haber-Bosch à l'échelle industrielle à Oppau en 1913, représentant un investissement initial de plusieurs millions de marks-or et produisant des milliers de tonnes d'ammoniac par an. Cet accomplissement était tout simplement révolutionnaire. Le processus Haber-Bosch a permis la production de masse d'engrais synthétiques, transformant fondamentalement l'agriculture et permettant une augmentation sans précédent de l'approvisionnement alimentaire mondial, contribuant directement à nourrir des milliards de personnes. Son importance stratégique était également immense, particulièrement pendant la Première Guerre mondiale, car il fournissait à l'Allemagne une source domestique de nitrates pour les explosifs et d'autres produits chimiques industriels lorsque l'accès aux nitrates naturels chiliens était coupé par le blocus allié. Cette double application dans l'agriculture et la défense soulignait l'impact profond de l'innovation de BASF et son rôle central dans le développement industriel.
Ces grandes innovations ont propulsé BASF dans une position de leadership mondial. L'expansion du marché de l'entreprise s'est étendue au-delà des colorants vers une large gamme de produits chimiques, y compris des intermédiaires, des acides, des alcalis et, surtout, des engrais. Au-delà de l'indigo et de l'ammoniac, BASF développait activement de nouveaux processus pour l'acide sulfurique, la soude caustique, le chlore et, plus tard, des solvants organiques et des précurseurs de plastiques. Son chiffre d'affaires annuel a connu une croissance exponentielle durant cette période, passant d'environ 25 millions de marks en 1890 à plus de 100 millions de marks d'ici 1913, reflétant sa diversification réussie et sa pénétration sur le marché. BASF a établi d'importants réseaux de vente mondiaux, tirant parti de sa dominance technologique pour capturer une part de marché significative à travers l'Europe, l'Amérique du Nord et l'Asie de l'Est, souvent par le biais de filiales directes et d'agences exclusives. Son positionnement concurrentiel a été solidifié par une approche intégrée qui reliait de manière transparente la recherche scientifique fondamentale à la production industrielle à grande échelle et à une distribution efficace, incarnant une forme précoce du principe "Verbund", où les produits résiduels d'un processus servaient de matières premières pour un autre, améliorant l'efficacité et réduisant les coûts dans son complexe de Ludwigshafen.
La structure organisationnelle et le leadership ont évolué de manière significative pour répondre aux exigences de cette croissance rapide et de cette complexité technologique. L'ère a vu une transition de la génération fondatrice à une nouvelle génération de managers professionnels et de directeurs scientifiques, tels que le directeur général Heinrich von Brunck, qui comprenaient les complexités de la gestion d'une grande entreprise chimique technologiquement avancée. Ce leadership a favorisé une culture d'amélioration continue et d'investissement stratégique dans la R&D, établissant des laboratoires de recherche d'entreprise dédiés et des départements d'ingénierie avancés. La main-d'œuvre de l'entreprise a considérablement augmenté, passant d'environ 6 000 employés en 1890 à plus de 11 000 en 1910, reflétant l'augmentation de l'échelle de ses opérations et de ses efforts de recherche. L'approche systématique de BASF en matière de gestion de la propriété intellectuelle, y compris un large éventail de brevets, a également protégé ses innovations et son avantage sur le marché, garantissant qu'elle restait à la pointe de l'innovation chimique. La capacité de l'entreprise à réaliser des inventions révolutionnaires, couplée à sa capacité sans égal à industrialiser ces découvertes, a cimenté son statut d'acteur majeur sur la scène mondiale, posant une base solide pour une future expansion et diversification.
À la fin de cette période de percées, BASF n'était plus simplement un producteur de colorants ; elle était devenue une puissance de la chimie industrielle. Les investissements massifs dans la recherche scientifique, l'infrastructure et le capital humain avaient généré des retours extraordinaires, positionnant l'entreprise comme un fournisseur indispensable de produits chimiques essentiels pour diverses industries à travers le monde. Cette époque a fondamentalement démontré que la vision stratégique à long terme, couplée à une exécution scientifique et technique rigoureuse, pouvait redéfinir des industries entières et répondre à certains des défis les plus pressants de l'humanité, de l'alimentation d'une population croissante à la fourniture de matériaux industriels essentiels. Cette période de croissance et d'innovation sans précédent a ainsi préparé BASF aux complexes changements géopolitiques et économiques qui allaient définir le milieu du XXe siècle.