Les ingénieurs de l'Université de l'Illinois à Chicago ont mis à jour un processus de production d'ammoniac qui consiste à orchestrer une « symphonie » d'atomes de lithium, d'azote et d'hydrogène pour rendre la substance plus respectueuse de l'environnement.
Dans un article publié dans la revue Matériaux et interfaces appliqués ACSles scientifiques soulignent que l'ammoniac – un produit chimique à base d'azote utilisé dans les engrais, les colorants, les explosifs et de nombreux autres produits – se classe au deuxième rang après le ciment en termes d'émissions de carbone, en raison des températures élevées et de l'énergie nécessaire à sa fabrication.
Leur nouveau procédé, cependant, combine de l'azote gazeux et un fluide donneur d'hydrogène tel que l'éthanol avec une électrode de lithium chargée. Au lieu de briser les molécules d'azote gazeux à haute température et pression, les atomes d'azote adhèrent au lithium, puis se combinent avec l'hydrogène pour former la molécule d'ammoniac.
La technique, appelée synthèse d'ammoniac par l'intermédiaire du lithium, fonctionne à basse température et est également régénérative, restaurant les matériaux d'origine à chaque cycle de production d'ammoniac.
« Il y a deux boucles qui se produisent. L’une est la régénération de la source d’hydrogène et la seconde est la régénération du lithium », a déclaré le chercheur en chef Meenesh Singh dans un communiqué aux médias. « Il y a une symphonie dans cette réaction, due au processus cyclique. Ce que nous avons fait, c’est mieux comprendre cette symphonie et essayer de la moduler de manière très efficace, afin de pouvoir créer une résonance et la faire avancer plus rapidement.
Le processus est la dernière innovation du laboratoire de Singh dans la quête d'un ammoniac plus propre. Auparavant, son groupe avait développé des méthodes pour synthétiser le produit chimique en utilisant la lumière du soleil et les eaux usées et avait créé un tamis à mailles de cuivre électrifié qui réduisait la quantité d'énergie nécessaire à la fabrication de l'ammoniac.
Leur dernière avancée s’appuie sur une réaction connue des scientifiques depuis près d’un siècle.
Économiquement faisable
« L’approche basée sur le lithium se retrouve en fait dans n’importe quel manuel de chimie organique. C'est très connu », a déclaré Singh. « Mais notre contribution a été de faire en sorte que ce cycle se déroule de manière suffisamment efficace et sélective pour atteindre des objectifs économiquement réalisables. »
Ces objectifs incluent une efficacité énergétique élevée et un faible coût. S’il était étendu, le processus produirait de l’ammoniac à environ 450 dollars la tonne, soit 60 % moins cher que les approches précédentes basées sur le lithium et les autres méthodes vertes proposées.
Mais la sélectivité est également importante, car de nombreuses tentatives visant à rendre la production d’ammoniac plus propre ont fini par créer de grandes quantités d’hydrogène gazeux indésirable.
Les résultats du groupe Singh sont parmi les premiers à atteindre des niveaux de sélectivité et de consommation d'énergie qui pourraient répondre aux normes du ministère de l'Énergie pour la production d'ammoniac à l'échelle industrielle.
Le chercheur a également déclaré que le processus, qui peut être réalisé dans un réacteur modulaire, pourrait être rendu encore plus écologique en l'alimentant avec de l'électricité provenant de panneaux solaires ou d'autres sources renouvelables et en alimentant la réaction avec de l'air et de l'eau.
Production d'hydrogène
Cette technique pourrait également contribuer à atteindre un autre objectif énergétique : l’utilisation de l’hydrogène comme carburant. La réalisation de cet objectif a été entravée par les difficultés de transport de ce liquide hautement combustible.
« Vous voulez que l’hydrogène soit généré, transporté et livré aux stations de pompage d’hydrogène, où l’hydrogène peut être injecté dans les voitures. Mais c'est très dangereux », a déclaré Singh. « L’ammoniac pourrait servir de transporteur d’hydrogène. Son transport est très bon marché et sûr, et à destination, vous pouvez reconvertir l'ammoniac en hydrogène.
Le scientifique et son équipe s'associent désormais à General Ammonia Co. pour piloter et étendre leur processus de synthèse d'ammoniac au lithium dans une usine de la région de Chicago.
