米塔斯小组设计出了一种可迅速更换触媒的小型实验装置 。 实验时，他们通常会同时启动20多台装置对不同的触媒进行测试 。
在此过程中，一种瑞典产的磁铁矿催化效果不错 。 于是，他们在纯铁中按照不同的比例一次掺入一种元素进行测试，之后又按不同的比例同时掺入两种元素，甚至是三种元素进行测试 。
结果显示，用纯铁做触媒几乎没有任何效果 。 但是，掺入某些物质后，仿佛是给铁施加了魔法似的，其催化效果陡增 。
1910年1月初，米塔斯小组发现，在铁中添加氧化铝后，其催化效果几乎与锇相同 。 再添加少量氧化钾，其催化效果更佳 。 米塔斯小组又对有可能成为触媒的物质进行了成千上万次的试错实验 。
遗憾的是他们后来一直未能发现比铁、氧化铝、氧化钾三者的混合物催化效果更好的合成氨触媒 。
由于新研制的触媒很容易被原料气体中的有害杂质毒化而失效，因此合成反应对原料气体的纯度要求很高 。 博施他们只得尝试着用电解盐水法制取氢气，后因反应速度太慢、用电量太大而作罢 。
之后，他们决定改用水蒸气与灼热的焦炭反应来制取氢气 。 问题是，生成气体中含有不少一氧化碳 。 为了清除氢气中的一氧化碳等有害气体，博施专门组建了一个攻关小组 。 该小组经过多方努力，终于开发出可大量制造高纯度氢气的工艺 。
此时，如何设计制造能耐高温高压的大型合成反应装置便成了当务之急 。
合成反应容器的工作环境非常恶劣 。 其内部压强通常是蒸汽锅炉的20倍，温度高得可以把铁烧红 。 博施他们不仅对当时最先进的蒸汽机车、汽油发动机和柴油发动机等进行了研究，而且还走访了克虏伯等大型钢铁企业的负责人，并请他们介绍了大炮制造技术的最新发展情况 。
在博施的率领下，全体人员连续奋战多月，终于设计制造出了两台高达2米4的圆柱形合成反应容器，并将其置于用强化混凝土制成的防护罩内 。 但这两台中试用合成反应容器只运行了三天就爆炸了 。
爆炸是因圆柱形合成反应容器内壁多处出现龟裂引起的 。 研究人员走过一段弯路后最终发现，爆炸是因粒径很小的氢原子在高压下钻进了受热膨胀后的碳素钢内部，并与其中的碳元素发生反应引发的 。
由于合成反应条件很难改变，故摆在博施面前的选择只剩下两个，要么改用其他金属制作反应容器，要么给碳素钢反应容器内壁加一道保护层 。
当时能够用来制造耐高温高压反应容器的只有铂等少数贵金属，成本太高 。 因此只能给碳素钢反应容器内壁加保护层了 。 博施在对加保护层方案进行分析总结时，想出了给高强度碳素钢圆筒加内衬的方案 。
使用内衬的主要目的是阻挡氢原子向其外侧的碳素钢圆筒内壁渗透 。 如果内衬使用久了发生脆化，可以进行更换 。 只要内衬能把渗透到其外侧的氢原子的数量大幅度降下来，那么内衬外侧的碳素钢承压圆筒就不大会发生内壁脆化现象 。
至于内衬所使用的材料可以是强度不高、含碳量很低的熟铁 。
加熟铁内衬之后，如何将渗透到内衬外侧的少量气体及时地排放出去？博施再度陷入长思，并于1911年2月偶然意识到：此前，他们一直在努力防止反应容器内的氢气外泄，生怕泄漏出来的氢气遇氧后发生爆炸 。
其实，氢气泄漏出来后，只要在空气中的浓度未达到发生爆炸的程度，人们就可以不用管它 。 这意味着在碳素钢圆筒上钻一些小孔，直接把渗透到内衬外侧的少量氢气排放出来并不至于造成太大的危险 。
1911年3月，博施把上述想法付诸实施之后，发现防爆效果非常明显 。 1911年底，日产氨量高达数吨的中试装置终于实现了稳定运行 。 这意味着大规模兴建合成氨工厂的技术可行性已基本具备 。
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