Ammoniac, le choix entre H2 et CSC pour décarboner

Comment l’industrie de l’ammoniac pourra-t-elle se décarboner ? Émettrice de 2,5 MtCO₂eq (en 2019), elle représente 3 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) de l’industrie française. Les GES sont émis à trois différents niveaux : du CO₂ est émis par combustion de méthane d’origine fossile (40 % des émissions) et par le procédé de vaporeformage de méthane (51 %) ; du protoxyde d’azote (N₂O) est émis lors de la fabrication d’acide nitrique (9 %).

Concentrée sur quatre sites en France (dont un a fermé en 2025), la production d’ammoniac (NH₃) a été en moyenne d’environ 1 Mt/an entre 2015 et 2019. Elle repose sur deux principaux procédés : celui de vaporeformage du méthane pour produire de l’hydrogène ; et le procédé Haber-Bosch qui permet la combinaison d’hydrogène et de diazote de l’air en ammoniac. En plus de l’acide nitrique, les sites fabriquent aussi du nitrate d’ammonium et de l’urée.

Ces produits azotés de synthèse sont consommés en majorité (environ 60 %) sous forme d’engrais pour l’agriculture et le reste dans la filière de la chimie (nylon, médicaments, solvants, explosifs, agroalimentaires, etc.). Une infime partie (1 %) sert à la fabrication d’un additif pour les moteurs diesel. Une fois disséminés dans les sols, les fertilisants azotés dégagent du protoxyde d’azote, responsable de l’émission de plus de 13 MtCO₂eq par an.

Très dépendante du méthane à la fois comme combustible et comme matière première, la filière de l’ammoniac représente 10 % de la consommation de gaz de l’industrie française.

La production française d’ammoniac ne suffisant pas à la consommation nationale qui s’élève à 1,7 Mt, le reste est donc importé. C’est encore plus le cas des engrais minéraux azotés qui sont importés à hauteur de 75 %. Le secteur est donc très exposé au commerce international et va être impacté par la mise en place du mécanisme d’ajustement carbone aux frontières (MACF).

Un scénario de référence insuffisant

Pour rendre la décarbonation de la filière ammoniac ambitieuse, le plan de transition sectoriel (PTS) établi par l’Ademe prend en compte plusieurs paramètres : l’évolution des consommations de produits azotés dans l’agriculture et la chimie, l’apparition de nouveaux usages (transport maritime en particulier), les niveaux d’importation des différents produits, le déploiement de solutions techniques matures et d’autres moins matures comme le captage et stockage du carbone (CSC) pour réduire les émissions dues au méthane, ou le recours à de l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau à la place du vaporeformage.

Dans la logique des principes méthodologiques des PTS, l’Ademe a envisagé trois scénarios de transition. Le premier, dit de référence, prolonge les tendances actuelles à l’horizon 2050. Le cadre général en est une faible diversification au niveau des pratiques agricoles (avec tout de même une baisse de 30 % de la consommation des engrais azotés) et un commerce international stabilisé avec un rôle modéré du MACF. Les premiers leviers techniques de décarbonation à actionner sont l’amélioration de l’efficacité énergétique et l’électrification qui permettent d’éviter 0,4 MtCO₂eq par an chacune. Mais l’électrification reste difficile, car les procédés de fabrication de l’ammoniac ont des échanges thermiques dont l’équilibre ne peut pas être rompu. L’abattement des émissions de N₂O peut être amplifié (- 0,17 MtCO₂eq/an), même si des efforts ont déjà été faits en France. Par ailleurs, 15 % de l’hydrogène est produit par électrolyse, et le CSC est déployé en partie sur les émissions de procédés (voir tableau). Le tout est complété par une plus grande part de biométhane dans le réseau gaz. Les émissions dans ce scénario de référence ne diminuent que de 65 % entre 2015 et 2050, alors que l’objectif pour l’industrie dans la Stratégie nationale bas-carbone (SNBC) est de – 81 %.

Choisir entre hydrogène et captage

L’enseignement du scénario de référence est que les deux solutions H₂ électrolytique et CSC sont techniquement exclusives l’une de l’autre. Deux autres scénarios explorent donc chacun une de ces voies, en plus des leviers classiques d’efficacité énergétique, électrification et abattement de N₂O. Le scénario « Mondialisation et engrais bas-carbone » envisage de plus forts niveaux d’importation à cause de la concurrence internationale, conduisant à la fermeture d’un quart de la capacité de production hexagonale d’ammoniac. Le recours à de l’hydrogène renouvelable est minime, et la principale voie de décarbonation est le CSC, en plus de l’effet induit par la baisse de production. Ce scénario est le moins coûteux des trois et permet d’atteindre juste l’objectif de la SNBC. Mais il a un coût social important et amplifie la perte de souveraineté.

Le scénario appelé « Résilience et ammoniac renouvelable » prend un tout autre chemin pour arriver à une décarbonation quasi totale (- 98 %) en 2050. Soutien à la filière française et européenne via le MACF, moindres importations, forte baisse de l’usage d’engrais azotés en agriculture en dessinent la trame. L’intégration de l’hydrogène électrolytique se fait principalement après 2035, avec rétrofit des vaporeformeurs, ce qui ne permet pas une décarbonation suffisante en 2030. Mais elle est ensuite largement rattrapée. Le choix de l’hydrogène a deux conséquences : 9,5 TWh/an d’électricité sont nécessaires en 2050, et les investissements dans l’électrolyse représentent plus de la moitié des investissements totaux de ce scénario. L’avantage est d’affranchir la filière totalement du méthane d’origine fossile et de créer un ammoniac zéro carbone (voire renouvelable selon le mix électrique) valorisable via un premium sur les marchés.

Avec ces scénarios, plus que toute autre filière, l’industrie de l’ammoniac est réellement à la croisée des chemins pour déterminer la direction de sa future décarbonation.