Le procédé Haber est une réaction chimique dans laquelle l'azote gazeux diatomique réagit avec l'hydrogène gazeux pour former de l'ammoniac. L'équation de la réaction est : N2 + 3H2 --> 2NH3. Bien que cette réaction semble d'une simplicité trompeuse, le procédé Haber ne génère de l'ammoniac que dans des conditions de pression et de température élevées, de l'ordre de 200 atmosphères et 400 degrés Celsius. Les oxydes de fer ou l'osmium peuvent agir comme catalyseurs pour accélérer la réaction.
Dans le domaine de la microbiologie, certaines bactéries ont développé la capacité de convertir l'azote atmosphérique en ammoniac. Ces bactéries fixatrices d'azote vivent dans le sol ainsi que dans les nodules des racines des légumineuses et autres plantes. Ces bactéries ont développé une stratégie élaborée qui leur permet de convertir l'azote gazeux en ammoniac à des températures et des pressions bien inférieures à celles du procédé Haber.
Les bactéries fixatrices d'azote s'appuient sur un complexe enzymatique appelé nitrogénase pour diviser la triple liaison qui maintient N2 ensemble et réduire chaque atome d'azote avec de l'hydrogène pour former de l'ammoniac. La nitrogénase contient des amas de molybdène, de fer et de soufre qui coordonnent en quelque sorte cette réaction en plusieurs étapes.
Bien que les détails soient incomplètement compris, deux caractéristiques sont bien établies ; premièrement, la nitrogénase fonctionne exclusivement dans un environnement anaérobie. Une protéine spéciale fer-soufre appelée Shethna piège l'oxygène libre pour l'empêcher d'inactiver la nitrogénase. Deuxièmement, chaque mole de N2 convertie en NH3 nécessite un apport de 16 molécules d'ATP - un investissement énergétique énorme (mais finalement utile) pour une bactérie unicellulaire.
