thumb|upright=1.5|alt=Appareil de laboratoire constitué de plusieurs cylindres verticaux et de tuyaux les reliant.|L'un des appareils de laboratoire qu'utilisa Fritz Haber pour synthétiser de l'ammoniac sous haute pression.
L'histoire du procédé Haber-Bosch débute avec l'invention du procédé de chimie homonyme à l'aube du . Le procédé Haber-Bosch permet de fixer, de façon économique, le diazote atmosphérique sous forme d'ammoniac, lequel permet à son tour la synthèse de différents explosifs et engrais azotés. À ce double titre, du point de vue démographique, c'est probablement le plus important procédé industriel jamais mis au point durant le ...
Bien avant le début de la révolution industrielle, les agriculteurs qui « engraissent la terre » de différentes façons, savent les bénéfices d'un apport de nutriments essentiels à la croissance des plantes.. Les travaux de Justus von Liebig permettent, dans les années 1840, d'identifier l'importance de l'apport en azote à cette fin.. Par ailleurs, ce même composé chimique pouvait déjà être transformé en acide nitrique, précurseur des poudres pyroxylées et de puissants explosifs tel que le TNT et la nitroglycérine.. Cependant, s'il est alors connu que l'azote constitue une part dominante de l'atmosphère terrestre, la chimie minérale n'a pas encore établi de procédé pour le fixer.
Ainsi, lorsqu'en 1909 le chimiste allemand Fritz Haber parvient à fixer l'azote atmosphérique en laboratoire.., sa découverte présente à la fois un intérêt militaire, économique et agricole. Aussi n'est-il pas surprenant qu'en 1913, à peine cinq ans plus tard, une équipe de recherche de la société BASF dirigée par Carl Bosch mette au point la première application industrielle des travaux d'Haber : le procédé Haber-Bosch... Ce procédé servira de modèle, à la fois théorique et pratique, à tout un pan de la chimie industrielle moderne, la chimie à haute pression.
La production industrielle d'ammoniac prolonge la Première Guerre mondiale en fournissant à l'Allemagne le précurseur des poudres modernes sans fumée et d'explosifs nécessaires à son effort de guerre, alors même qu'elle n'a plus accès aux ressources azotées traditionnelles, principalement exploitées en Amérique du Sud. Durant l'entre-deux-guerres, la synthèse, à moindre coût.., d'ammoniac à partir du réservoir quasiment inépuisable que constitue l'azote atmosphérique. contribue au développement de l'agriculture intensive et soutient la croissance démographique mondiale. Lors de la Seconde Guerre mondiale, les efforts d'industrialisation du procédé Haber profitent largement au procédé Bergius, lequel permet à la société IG Farben de réaliser la synthèse de carburant pour le compte de l'Allemagne nazie, réduisant d'autant ses importations pétrolières.
Au début du , l'efficacité du procédé Haber-Bosch (et ses analogues) s'est améliorée au point qu'il répond à plus de 99 % de la demande mondiale d'ammoniac synthétique, laquelle s'élève alors à plus de de tonnes par an. Les engrais azotés synthétiques qui en sont dérivés, tels l'urée et le nitrate d'ammonium, sont l'un des piliers de l'agriculture industrielle et sont devenus essentiels à l'alimentation d'au moins deux milliards de personnes.. Les installations industrielles mettant en œuvre ce procédé ont un impact écologique important. De plus les engrais azotés synthétiques sont consommés à grande échelle et la moitié de l'azote ainsi apporté n'est pas assimilé par les plantes. Ils se retrouvent alors dans les cours d'eau ainsi que dans l'atmosphère terrestre sous la forme de composés chimiques instables...
Eldorados
Les agriculteurs savent depuis plusieurs siècles que certains nutriments sont essentiels à la croissance des plantes. Dans différentes régions du monde, ils développèrent des techniques pour engraisser la terre. En Chine, les déchets produits par les humains étaient répandus dans les rizières. Au , des bandes anglaises parcouraient le continent européen dans le but de déterrer des squelettes, lesquels étaient moulus pour en faire de l'engrais. Justus von Liebig, chimiste allemand et fondateur de l'agriculture industrielle, affirma que l'Angleterre avait « volé » et demi de squelettes un peu partout en Europe. À Paris, jusqu'à un million de tonnes de crottin de cheval était recueilli annuellement pour engraisser les jardins de la ville. Toujours au , les os des bisons tués dans l'Ouest américain étaient amenés aux usines de la côte Est.
thumb|upright=1.5|alt=Dessin montrant des îles et des voiliers|Vue de deux des trois îles Chincha, au Pérou. Image publiée le par The Illustrated London News.
Des années 1820 aux années 1860, les îles Chincha, au Pérou, furent exploitées pour leur guano, engrais de première qualité à l'époque. Il fut principalement exporté vers les États-Unis, la France et le Royaume-Uni. Le Pérou vit, pour quelques décennies, son activité économique augmenter considérablement.. Lorsque les gisements furent épuisés, environ de tonnes en avaient été extraits.Selon .. thumb|left|alt=À l'avant-plan s'étend une surface déserte présentant différentes couleurs automnales. À l'arrière-plan apparaît des montagnes survolées par des nuages.|Vue d'une partie du désert d'Atacama. Photographie probablement prise entre 1999 et 2004.
Des recherches furent entamées pour trouver d'autres sources d'engrais. Le désert d'Atacama, sur le territoire péruvien à cette époque, recelait d'importantes quantités de « salpêtre du Chili » (du nitrate de sodium). Au moment de cette découverte, ce produit avait une utilité agricole limitée. En revanche, un chimiste parvint à développer un procédé chimique le transformant en salpêtre de qualité, produit servant à fabriquer de la poudre à canon. Ce salpêtre pouvait, à son tour, être transformé en acide nitrique, précurseur d'explosifs puissants, telles la nitroglycérine et la dynamite. Avec l'augmentation des exportations, les tensions entre le Pérou et les pays voisins s'accrurent..
En 1879, la Bolivie, le Chili et le Pérou entrèrent en guerre pour la possession du désert d'Atacama : ce fut la « guerre du nitrate ». Les forces boliviennes furent rapidement vaincues par les Chiliens. En 1881, le Chili avait également vaincu les forces péruviennes et prit le contrôle de l'exploitation des nitrates du désert d'Atacama. La consommation du salpêtre du Chili à des fins agricoles devint de plus en plus élevée. Les Chiliens virent, à leur tour, leur niveau de vie augmenter de façon notable.
Les développements technologiques en Europe mirent fin à ces eldorados. Au , les minéraux en provenance de cette région constituent une « portion minime » de l'approvisionnement mondial d'azote...
Un besoin pressant thumb|upright|left|alt=Portrait photographique d'un homme portant lunettes et barbe qui se tient assis sur une chaise.|William Crookes, éminent chimiste et physicien britannique, prédisait vers la fin du que la demande pour les composés azotés dépasserait l'offre dans un avenir rapproché. Photographie prise en 1904. À la fin du , des chimistes, dont William Crookes, président de la British Association for the Advancement of Science en 1898. ; l'allocution de Crookes fut publiée dans Chemical News, 1898, vol. 78, ., avaient prédit que la demande pour les composés azotés, que ce soit sous forme d'engrais ou d'explosifs, dépasserait l'offre dans un avenir rapproché..
À la suite des travaux de Claude-Louis Berthollet publiés en 1784, les chimistes savent que l'ammoniac est composé d'azote. Les premières tentatives de synthèse de l'ammoniac furent effectuées en 1795 par Georg Friedrich Hildebrandt. Plusieurs autres seront effectuées au cours du ..
Dans les années 1870, l'ammoniac était un sous-produit dont l'industrie du gaz ne savait quoi faire. Son importance apparut plus tard, au point que, dans les années 1900, l'industrie modifia ses installations pour le produire à partir du coke. Cependant, cette production ne pouvait suffire à la demande.. Par exemple, en 1910, la production d'azote fixé par les fours à coke atteignit environ , alors que le Chili en exportait environ ..
En 1900, le Chili, grâce à ses dépôts de salpêtres, produisait les deux tiers de tous les engrais consommés sur la planète.. Cependant, ces dépôts viendraient à s'épuiser, leur exploitation était dominée par un oligopole et le coût du salpêtre augmentait sans cesse. Pour assurer la sécurité alimentaire de la population européenne grandissante, il était essentiel de trouver une méthode de production économique et fiable..
La question de la sécurité alimentaire était particulièrement aiguë pour l'Allemagne.. Son sol était peu fertile et son empire était incapable de lui apporter les richesses dont elle avait besoin. Grande consommatrice des salpêtres du Chili, elle en importa en 1900. Douze ans plus tard, c'était . La même année, les États-Unis en consommèrent moitié moins. alors que l'Allemagne comptait environ d'habitants de plus...
Dans les années 1890 et 1900, la chimie ayant progressé sur plusieurs fronts, des scientifiques tentèrent de fixer l'azote atmosphérique. En 1895 en Allemagne, les chimistes Adolph Frank et Nikodem Caro parvinrent à faire réagir du carbure de calcium avec du diazote pour obtenir du cyanamide calcique, un composé chimique pouvant servir d'engrais. L'exploitation industrielle du procédé Frank-Caro débuta en 1905. En 1918, 35 sites de synthèse fixèrent environ d'azote.. De nos jours, le cyanamide sert surtout comme herbicide..
thumb|upright|right|alt=Portrait dessiné d'un homme debout dans un laboratoire et qui tient dans sa main un ballon en verre.|Kristian Birkeland, l'un des créateurs du procédé Birkeland-Eyde. Portrait publié en 1900.
Wilhelm Ostwald, considéré comme l'un des meilleurs chimistes allemands au début du , tenta la synthèse de l'ammoniac vers 1900 à partir d'un appareil de son invention. Il intéressa BASF, qui demanda à Carl Bosch, chimiste récemment engagé, de valider l'appareil. Après plusieurs tests, Bosch affirma que l'ammoniac provenait de l'appareil même, et non de l'atmosphère. Ostwald contesta la conclusion de Bosch, mais ce dernier démontra avec certitude son affirmation et Ostwald dut s'incliner...
En 1901, Henry Le Chatelier, se basant sur son principe, parvint à synthétiser de l'ammoniac à partir de l'air. Après avoir obtenu un brevet, il affirma qu'il était possible d'obtenir un meilleur rendement en élevant la pression. Lorsque l'un de ses assistants fut gravement blessé à la suite de l'explosion accidentelle d'un appareil, il mit un terme à ses recherches..
Aux États-Unis, Bradley et Lovejoy, spécialistes de l'électrochimie, conçurent une méthode basée sur la production d'arcs électriques. La fabrication industrielle d'acide nitrique basée sur leur méthode débuta en 1902.. Leur entreprise ferma ses portes en 1904, car la consommation d'énergie électrique rendait les coûts de production trop élevés..
En 1905, le physicien norvégien Kristian Birkeland, avec le soutien financier de l'ingénieur et industriel Samuel Eyde, mit au point le procédé Birkeland-Eyde qui permet de fixer l'azote atmosphérique sous la forme d'oxydes d'azote.Pour ses travaux sur la production d'azote fixé, Kristian Birkeland fut mis en nomination pour un prix Nobel de chimie à trois reprises, mais ne le reçut jamais : voir .. Ce procédé doit être exploité aux endroits où le coût de l'énergie électrique est peu élevé : la Norvège comportait plusieurs sites capables de répondre à cette exigence. Norsk Hydro fut fondée le pour l'exploiter commercialement.. En 1913, l'ensemble de ses installations fixèrent d'azote, soit environ 5 % du volume fixé par les fours à coke industriels en activité à ce moment..