Мы не будем касаться механизма процесса фиксации азота в сложных химических системах с участием переходных металлов. Отметим только, что связывание азота в мягких условиях в водной среде лучше всего осуществляется при участии молибдена и ванадия. Эти же элементы в свободном (металлическом) состоянии обладают способностью катализировать синтез аммиака из простых веществ при высокой температуре. Кроме того, молибден входит в состав сложной белковой молекулы фермента нитрогеназы, играющего роль катализатора в процессе связывания азота бактериями. Вот почему бобовые растения на корнях которых селятся .клубеньковые, азотфиксирующие бактерии, не нуждаются в подкормке азотными удобрениями если в почве содержится достаточное количество молибдена. И, что тоже интересно, в этом ферменте нельзя заменить молибден никаким другим элементом, кроме... ванадия. Это, конечно, наводит на мысль, что два пути в поисках систем для фиксации атмосферного азота в мягких условиях (с одной стороны, поиск в великом разнообразии химических систем, руководствуясь теоретическими соображениями, с другой — изучение природных ферментативных систем, для которых такая способность безусловно известна) когда-нибудь сольются. Однако огромная сложность соответствующих химических систем, трудность изучения механизма идущих в них процессов, а также сложность и вытекающая из нее дороговизна их синтеза не вывели исследования за пределы лабораторий. Достаточно сказать, например, что нитрогеназа — это комбинация двух белков с общей относительной молекулярной массой около 300 ООО (у гемоглобина она равна 60 ООО), где совместно работают в сложном механизме 2 атома молибдена и 32 атома железа. Если удастся таким путем избавиться от необходимости вносить азотные удобрения хотя бы под зерновые культуры, это даст огромный экономический эффект. Наверное, это станет не меньшим переворотом в сельском хозяйстве, чем тот, который произвели разработка и внедрение синтеза аммиака и синтетических азотных удобрений в начале XX в.
Пока, однако, сельскому хозяйству требуются огромные количества азотных удобрений: аммиака и производимых из него сульфата, карбоната и нитрата аммония, а также мочевины. Иногда на поля вносят жидкий аммиак (он сжижается при комнатной температуре и давлении 0,8—0,9 МПа) (рис. 9), который хорошо поглощается почвой с образованием солей аммония. Ведь аммиак — это самое концентрированное азотное удобрение (нетрудно подсчитать, что он содержит более 80% азота). В настоящее время он является одним из главных продуктов большой химии. В 1980 г. во всем мире было получено 100 млн. т азота в виде аммиака.
По содержанию азота следующим за аммиаком удобрением является мочевина (NbbbCO. Исходными веществами для ее синтеза являются аммиак и углекислый газ. Последний представляет собой побочный продукт многих производств — в частности, он образуется при конверсии метана и водяного газа. Поэтому современное производство аммиака и мочевины комплексное, на «входе» которого — метан, азот и кислород атмосферы, а также вода, а на «выходе» — аммиак и мочевина.
В настоящее время 85—90% всей получаемой в мире мочевины идет на производство удобрений, от 2 до 4% используется в качестве добавки к кормам для скота и от 8 до 11% потребляется другими отраслями промышленности. Всего в мире производится более 30 млн. т мочевины.