De nombreuses expériences d’énergie verte en laboratoire publient des résultats impressionnants, mais ce qui est encore plus impressionnant, c’est lorsque ces résultats proviennent d’une démonstration pilote sur site dans le monde réel. C’est le cas de nouvelles recherches capables de générer de l’ammoniac à partir de rien, sans nécessiter de source d’énergie externe.
Cette technique a été développée par une équipe de chercheurs de l’Université de Stanford et de l’Université du Pétrole et des Minéraux King Fahd en Arabie Saoudite. Il repose sur un maillage fin recouvert de catalyseurs qui combinent l’azote atmosphérique avec l’hydrogène de la vapeur d’eau pour créer de l’ammoniac (NH3).
L’ammoniac est depuis longtemps un composant clé des engrais pour les cultures agricoles, mais il a récemment pris une importance croissante en tant que carburant durable. L’ammoniac peut être craqué pour produire de l’hydrogène pour les piles à combustible et les moteurs à combustion interne, et qui ne produit que de l’eau sans émissions de carbone lorsqu’il est brûlé. L’ammoniac peut stocker beaucoup plus d’énergie dans un volume donné que l’hydrogène à un coût par kilowattheure bien inférieur. Le secteur du transport maritime est l’une des cibles de cette technologie, et une entreprise a déjà lancé un remorqueur à ammoniac comme plateforme de démonstration.
Les méthodes traditionnelles de production d’ammoniac nécessitent des températures et des pressions élevées, un processus qui peut contribuer aux émissions de carbone en utilisant le méthane comme matière source. La nouvelle recherchepublié le 13 décembre dans Avancées scientifiques, montre comment l’ammoniac peut être créé sans avoir besoin d’électricité ou de toute autre source d’énergie externe. Le processus se déroule à température ambiante et à pression atmosphérique standard.
Extraire l’ammoniac de l’air ambiant
Le système est basé sur un micromaille recouvert de catalyseurs. La vapeur d’eau (H2O) se combine à l’azote atmosphérique (N2) pour créer de l’ammoniac (NH3) et de l’oxygène (O2). L’ammoniac se retrouve dans une solution aqueuse qui peut être enrichie grâce à l’utilisation d’un zéolite filtre pour absorber et concentrer l’ammoniac. (La zéolite est couramment utilisée pour éliminer l’ammoniac dans le traitement des eaux usées.)
Le processus peut être alimenté simplement par le vent ambiant pour faire passer la vapeur d’eau à travers le maillage. Les chercheurs ont testé l’appareil sur le terrain dans des zones adjacentes à l’eau salée et à l’eau douce, pour savoir si les différentes sources d’humidité avaient un impact sur le rendement. Même si la vitesse du vent a eu un impact sur la production d’ammoniac, ce n’était pas un facteur significatif lorsque les conditions variaient entre 8 et 21 kilomètres par heure ; dans ces conditions, le rendement était essentiellement le même.
Le revêtement en maille repose sur de l’oxyde de fer et Nafionqui est un matériau fluoropolymère-copolymère souvent utilisé dans les piles à combustible. Le simple fait de faire passer de l’air contenant des gouttelettes d’eau (en présence d’azote atmosphérique) à travers le maillage crée une chaîne de réactions qui aboutit à de l’ammoniac. La production peut être accélérée en pulvérisant un apport continu de gouttelettes d’eau.
Les chercheurs ont testé une unité de terrain dans neuf endroits différents dans la région de la baie de San Francisco, obtenant différents taux de production en fonction de la température, de l’humidité et de la vitesse du vent, démontrant ainsi son application pratique si elle peut être mise à l’échelle économiquement.
Le système produit une solution d’ammoniac qui pourrait être utilisée directement comme engrais pour les cultures, et élimine ou réduit le besoin d’acheter et de transporter des engrais azotés traditionnels. Une fois mis à l’échelle, le système pourrait produire des quantités commerciales d’ammoniac, pouvant être utilisées comme source d’énergie verte durable.
Selon Richard Zaréprofesseur de chimie à la Stanford School of Humanities and Sciences, « cette innovation pourrait remodeler fondamentalement la fabrication d’engrais en offrant une alternative plus durable et plus rentable à la production centralisée ». La technologie des gouttelettes d’eau a « le potentiel de révolutionner la chimie, depuis l’autonomisation des agriculteurs des pays en développement jusqu’à l’avancement des applications pharmaceutiques et industrielles ».
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