O processo de Haber é uma reação química na qual o gás nitrogênio diatômico reage com o gás hidrogênio para formar amônia. A equação da reação é: N2 + 3H2 -> 2NH3. Embora essa reação pareça aparentemente simples, o processo Haber gera amônia apenas em condições de alta pressão e temperatura, da ordem de 200 atmosferas e 400 graus Celsius. Óxidos de ferro ou ósmio podem atuar como catalisadores para acelerar a reação.
No reino da microbiologia, certas bactérias desenvolveram a capacidade de converter o nitrogênio atmosférico em amônia. Essas bactérias fixadoras de nitrogênio vivem no solo e também em nódulos nas raízes de leguminosas e outras plantas. Essas bactérias desenvolveram uma estratégia elaborada que lhes permite converter o gás nitrogênio em amônia a temperaturas e pressões muito mais baixas do que o processo de Haber.
Bactérias fixadoras de nitrogênio dependem de um complexo enzimático chamado nitrogenase para dividir a ligação tripla que mantém o N2 unido e reduzir cada átomo de nitrogênio com hidrogênio para formar amônia. A nitrogenase contém aglomerados de molibdênio, ferro e enxofre que de alguma forma coordenam essa reação em várias etapas.
Embora os detalhes não sejam completamente compreendidos, duas características estão bem estabelecidas; primeiro, a nitrogenase funciona exclusivamente em um ambiente anaeróbio. Uma proteína especial com ferro e enxofre, chamada Shethna, elimina o oxigênio livre para impedi-la de inativar a nitrogenase. Em segundo lugar, cada mol de N2 convertido em NH3 requer uma entrada de 16 moléculas de ATP - um grande (mas valioso) investimento de energia para uma bactéria unicelular.
