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进入19世纪后，世界人口出现了快速增长，同时由于缺乏肥料，粮食难以增产，越来越多的人面临饥饿的威胁，主要原因来自氮肥危机。
当时全世界农业所使用的氮肥只能选择廉价、现成的动物粪便，极其有限。虽然地球上也蕴藏着硝酸盐矿物，可以用来制造含氮的肥料，例如硝酸钠和硝酸钙等，但是，这类硝酸盐矿物储量有限，开采成本也大，并不能被大量地应用在农业上。另外，当时硝酸盐矿物还是一种战略资源，因为可以用来制造火药而受到严格使用管控。
粮食作物渴求氮肥降临肥沃土地
因此，动物粪便成了19世纪中叶各个国家抢夺的资源，1856年，美国甚至出台了《鸟粪岛法案》，其中规定：凡是含有鸟粪沉积物且无人认领的岛屿，美国公民可以占为己有，必要时国家可以出兵保护。
鸟粪中因含有丰富的有机质和氮磷化合物，属于优质作物肥料，为了鸟粪，世界上还爆发了几次战争。位于秘鲁海岸的钦查群岛积累了几个世纪数以百万吨计的鸟粪，1865年西班牙为了鸟粪向秘鲁宣战，厄瓜多尔和玻利维亚也加入了对抗西班牙的战争，最后以西班牙的失败而告终。
19世纪后期，随着炼焦工业在欧洲各国的逐渐兴起，人们可以用炼焦的副产品氨为原料制成硫酸铵。这样，廉价的炼焦副产品又逐步成为氮肥的另一个来源。很长时间以来，农业所使用的氮肥主要来自有机物的副产品，主要是人和畜的粪便、榨油过后的油渣饼等。但是，随着农业生产的发展和地球人口的不断增加，氮肥的数量已越来越无法满足农作物生长的需要。
当时，一些有远见的化学家考虑到将来的粮食问题，提出为了使子孙后代免于饥饿，必须寄希望于大气固氮的实现。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，在20世纪初成为一项受到众多科学家瞩目的重大课题。在地球周围的空气中，氮气占了78%的体积，可以说是取之不尽，用之不竭，但是氮气的化学性质却很不活泼。2个氮原子以三键结合成为氮气分子（N 2 ），包含1个σ键和2个π键，因为在化学反应中首先受到攻击的是π键，但打开π键很困难，因而使氮气难以参与化学反应。
自然界的固氮作用
科学家们自然而然地想到了雷雨放电形成氮氧化物的自然现象，但是人工模拟雷电效应是难以想象的，要直接利用空气中的氮气（游离氮）仍很困难。科学家们还发现，在自然界常温状态下，游离氮只能被一种在豆科植物上生长的细菌直接利用，这种菌叫作根瘤菌。根瘤菌有一种绝妙的本事，它能够在常温下将空气中的氮气转化成自身所需要的氮肥。受之启发，将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，成为当时众多科学家的期盼和梦想。