Produire de l'hydrogène et des engrais en même temps
Ce nouveau concept pourrait permettre de combiner les besoins d'industries auparavant distinctes
Une équipe de recherche de l'Université Alliance Ruhr, en Allemagne, a trouvé un catalyseur qui peut être utilisé pour convertir l'Ammoniac en hydrogène, vecteur d'énergie, et en Nitrite, précurseur d'Engrais. Jusqu'à présent, la production d'hydrogène et la production d'engrais étaient des processus chimiques distincts. Avec cette nouvelle approche, l'équipe de l'université de la Ruhr de Bochum et de l'université de Duisburg-Essen démontre que les deux peuvent être combinés à l'échelle du laboratoire. Le groupe de Bochum, dirigé par Ieva Cechanaviciute et le professeur Wolfgang Schuhmann, ainsi que Bhawana Kumari et le professeur Corina Andronescu de l'université de Duisbourg-Essen, présentent leurs résultats dans la revue Angewandte Chemie International Edition du 23 juin 2024.
L'hydrogène peut être produit en divisant l'eau (H2O) en hydrogène (H2) et en oxygène (O2) à l'aide de l'énergie électrique. Pour que ce processus soit durable, l'énergie doit provenir de sources renouvelables. "Cela n'est possible que dans un pays où il y a beaucoup d'espace pour l'énergie éolienne et beaucoup de soleil pour l'énergie photovoltaïque, par exemple en Namibie", explique Wolfgang Schuhmann. Pour construire une économie basée sur l'hydrogène en Allemagne, il faut donc l'importer de pays lointains. En effet, il faut beaucoup d'énergie pour liquéfier l'hydrogène en vue de son transport, car il ne devient liquide qu'à des températures extrêmement basses de moins 253 degrés Celsius ou à des pressions élevées.
L'ammoniac est plus facile à transporter que l'hydrogène
D'autres concepts prévoient donc de convertir l'hydrogène en ammoniac sur le site de production, car celui-ci devient liquide à moins 33 degrés Celsius. Il présente également une densité énergétique plus élevée. "Un camion-citerne rempli d'ammoniac liquide transporterait environ 2,5 fois plus d'énergie qu'un camion-citerne rempli d'hydrogène liquide", explique M. Schuhmann. Enfin, l'ammoniac doit être reconverti en hydrogène au point d'utilisation. Pour ce faire, on utilise généralement la réaction inverse de Haber-Bosch, dans laquelle l'ammoniac (NH3) est converti en azote (N2) et en hydrogène (H2). Toutefois, des deux produits, seul l'hydrogène peut être utilisé de manière rentable.
Un rendement d'hydrogène doublé
"Nous avons donc eu l'idée de combiner la réaction inverse de Haber-Bosch avec une seconde électrolyse de l'eau pour obtenir un produit facilement utilisable pour la production d'engrais, comme le nitrite ou le nitrate, à la place de l'azote", explique Ieva Cechanaviciute. Dans cette réaction, l'ammoniac (NH3) et l'eau (H2O) sont consommés pour produire du nitrite (NO2-) et de l'hydrogène (H2). Contrairement à la réaction inverse de Haber-Bosch, la production d'hydrogène est doublée et au lieu d'azote non utilisable, on produit principalement du nitrite, qui peut être transformé en engrais.
Pour la réaction, l'équipe a utilisé des électrodes de diffusion de gaz dans lesquelles l'ammoniac peut être introduit sous forme de gaz. "Cela n'avait jamais été fait auparavant", explique Wolfgang Schuhmann. "L'ammoniac a toujours été utilisé sous forme dissoute.
Surmonter le canyon thermodynamique
L'une des difficultés rencontrées par les chercheurs a été de trouver un catalyseur approprié permettant de concrétiser leur idée. En effet, la matière première NH3 a tendance à se transformer en azote en raison de la triple liaison azote-azote très forte, et non en nitrite. "Nous avons d'abord dû franchir ce Grand Canyon thermodynamique", explique M. Cechanaviciute. Dans des travaux antérieurs, l'équipe avait déjà expérimenté des catalyseurs multimétaux, qui se sont avérés adaptés à cette fin. Elle a pu convertir 87 % des électrons transférés en nitrite. L'équipe a également réussi à éviter l'oxygène, un sous-produit indésirable de l'électrolyse de l'eau.
"Notre travail montre que notre expérience Gedankene peut fonctionner en principe", résume Wolfgang Schuhmann. "Mais nous sommes encore loin d'une mise en œuvre technique à l'échelle industrielle.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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