A fixação industrial de nitrogénio
Os materiais de nitrogénio têm sido utilizados há muito tempo na agricultura como fertilizantes, e no decurso do século XIX a importância do nitrogénio fixo para as plantas em crescimento foi cada vez mais compreendida. Assim, o amoníaco libertado na produção de coque a partir do carvão foi recuperado e utilizado como fertilizante, tal como os depósitos de nitrato de sódio (salitre) do Chile. Onde quer que fosse praticada agricultura intensiva, surgia uma procura de compostos de azoto para complementar a oferta natural no solo. Ao mesmo tempo, a quantidade crescente de salitre chileno utilizado para fazer pólvora levou a uma procura mundial de depósitos naturais deste composto de nitrogénio. No final do século XIX era evidente que as recuperações da indústria carbonífera e a importação de nitratos chilenos não podiam satisfazer as futuras exigências. Além disso, apercebeu-se que, no caso de uma grande guerra, uma nação isolada do abastecimento chileno seria em breve incapaz de fabricar munições em quantidades adequadas.
Durante a primeira década do século XX, intensos esforços de investigação culminaram no desenvolvimento de vários processos comerciais de tributação do nitrogénio. As três abordagens mais produtivas foram a combinação directa de azoto com oxigénio, a reacção de azoto com carboneto de cálcio, e a combinação directa de azoto com hidrogénio. Na primeira abordagem, o ar ou qualquer outra mistura não combinada de oxigénio e azoto é aquecido a uma temperatura muito elevada, e uma pequena porção da mistura reage para formar o óxido nítrico gasoso. O óxido nítrico é então quimicamente convertido em nitratos para utilização como fertilizantes. Em 1902 os geradores eléctricos estavam em uso nas Cataratas do Niágara, Nova Iorque, para combinar nitrogénio e oxigénio nas altas temperaturas de um arco eléctrico. Este empreendimento falhou comercialmente, mas em 1904 Christian Birkeland e Samuel Eyde da Noruega utilizaram um método de arco numa pequena instalação que foi precursora de várias instalações maiores e comercialmente bem sucedidas que foram construídas na Noruega e noutros países.
O processo de arco, no entanto, era dispendioso e inerentemente ineficiente na sua utilização de energia, e foi logo abandonado para melhores processos. Um desses métodos utilizava a reacção de azoto com carboneto de cálcio a altas temperaturas para formar cianamida cálcica, que hidrolisa o amoníaco e a ureia. O processo da cianamida foi utilizado em grande escala por vários países antes e durante a Primeira Guerra Mundial, mas também era de energia intensiva, e em 1918 o processo Haber-Bosch tornou-o obsoleto.
O processo Haber-Bosch sintetiza directamente o amoníaco a partir do nitrogénio e hidrogénio e é o processo mais económico conhecido de tributação do nitrogénio. Por volta de 1909, o químico alemão Fritz Haber verificou que o azoto do ar podia ser combinado com hidrogénio sob pressões extremamente elevadas e temperaturas moderadamente elevadas na presença de um catalisador activo para produzir uma proporção extremamente elevada de amoníaco, que é o ponto de partida para a produção de uma vasta gama de compostos de azoto. Este processo, tornado comercialmente viável por Carl Bosch, passou a chamar-se processo Haber-Bosch ou processo de amoníaco sintético. A confiança bem sucedida da Alemanha neste processo durante a Primeira Guerra Mundial levou a uma rápida expansão da indústria e à construção de fábricas semelhantes em muitos outros países após a guerra. O método Haber-Bosch é agora um dos maiores e mais básicos processos da indústria química em todo o mundo.