Un procédé de production d’ammoniac qui génère moins de CO2

Utilisé pour la fabrication d’engrais, d’explosifs ou de polymères, l’ammoniac est l’un des composés chimiques les plus produits au monde. Des chercheurs de l’Université de l’Illinois Chicago (UIC) proposent une méthode de production de NH3 émettant moins de gaz à effet de serre que les procédés conventionnels.

Mis au point en 1913 par BASF, le procédé Haber-Bosch permet la production industrielle de NH3 à partir de N2 et H2. Bien que ce procédé soit actuellement employé pour produire la quasi-totalité de l’ammoniac industriel, il présente plusieurs inconvénients :

son rendement est faible (20 %)
la synthèse est associée à un fort dégagement de CO2
la production du dihydrogène nécessite la consommation de méthane ou de coke

La production de NH3 par réduction électrochimique

Avec sa triple liaison, la molécule N2 est extrêmement stable, ce qui la rend très difficile à activer dans des conditions ambiantes. Appliquer un potentiel électrique à un électrocatalyseur est ainsi un moyen de réduire la barrière d’activation de la réaction de réduction de N2 (NRR).

Dans une étude théorique publiée dans le journal ACS Catalysis, l’équipe dirigée par Meenesh Singh, professeur assistant d’ingénierie chimique à l’University of Illinois Chicago College of Engineering, a identifié le cuivre comme un catalyseur efficace pour la NRR.

L’électrocatalyseur proposé est un maillage revêtu de cuivre, un écran électrocatalytique qui permet de stimuler les réactions lorsqu’il est parcouru par un courant électrique.

Schéma illustrant la capture continue de N2 dans l’air et sa conversion en NH3 avec une forte sélectivité, grâce à des écrans électrocatalytiques. (Avec l’autorisation de Aditya Prajapati et Meenesh Singh)

Une méthode encore améliorable, mais néanmoins efficace

Si cette méthode consomme autant d’énergie que les procédés conventionnels, elle nécessite beaucoup moins de combustibles fossiles : elle génère donc moins de CO2. Par ailleurs, comme le précise Meenesh Singh dans un communiqué de presse : « L’électricité utilisée pour alimenter l’écran électrocatalytique peut être d’origine solaire ou éolienne, ce qui peut représenter un écart énorme dans la réduction des gaz à effet de serre. »

Puis il ajoute : « Même les centrales électriques modernes sont très efficaces, et si le réseau est alimenté de manière conventionnelle, notre procédé utilisera quand même moins d’énergie fossile et générera moins de gaz à effet de serre que les procédés de production de NH3 actuels. »

Ce procédé, qui a fait l’objet d’une demande de brevet provisoire, est encore améliorable. À l’heure actuelle, il permet en théorie de produire 20 % de NH3 et 80 % de H2 et l’équipe de chercheurs espère maintenant augmenter le taux de production de NH3. Ils explorent également la possibilité d’utiliser directement de l’air comme source d’azote, à la place du N2 purifié.