Des chercheurs élaborent des méthodes plus respectueuses de l’environnement pour produire des engrais azotés

Des chercheurs de l’ETH Zurich et de la Carnegie Institution for Science ont montré comment les engrais azotés pouvaient être produits de manière plus durable, réduisant ainsi la dépendance des pays vis-à-vis du gaz naturel importé.

Dans une étude publiée dans la revue Lettres de recherche environnementale, les chercheurs expliquent que l’agriculture intensive n’est possible que si le sol est fertilisé avec de l’azote, du phosphore et du potassium. Cependant, alors que le phosphore et le potassium peuvent être extraits sous forme de sels, les engrais azotés doivent être produits laborieusement à partir de l’azote de l’air et de l’hydrogène. La production d’hydrogène est énergivore et nécessite actuellement de grandes quantités de gaz naturel ou, comme en Chine, de charbon.

La façon dont les engrais azotés ont été produits jusqu’à présent signifie qu’en plus d’avoir une empreinte carbone importante, son processus de fabrication est vulnérable aux chocs de prix sur les marchés des combustibles fossiles. Ainsi, les scientifiques ont évalué trois options alternatives qui pourraient être plus respectueuses de l’environnement et économiquement plus sûres.

La première option consiste à produire l’hydrogène nécessaire à l’aide de combustibles fossiles comme dans le business-as-usual, seulement au lieu d’émettre le gaz à effet de serre CO2 dans l’atmosphère, il est capturé dans les usines de production et stocké en permanence sous terre. Cela nécessite non seulement une infrastructure pour capter, transporter et stocker le CO2, mais également davantage d’énergie. Malgré cela, il s’agit d’une méthode de production relativement efficace. Cependant, cela ne fait rien pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles.

La deuxième option consiste à électrifier la production d’engrais en utilisant l’électrolyse de l’eau pour produire de l’hydrogène. Cela nécessite, en moyenne, 25 fois plus d’énergie que la méthode de production actuelle utilisant le gaz naturel, ce qui nécessiterait d’énormes quantités d’électricité provenant de sources neutres en carbone. Pour les pays disposant d’une abondance d’énergie solaire ou éolienne, cela pourrait être une approche attrayante. Cependant, étant donné les projets d’électrification d’autres secteurs de l’économie au nom de l’action climatique, cela pourrait conduire à une concurrence pour l’électricité durable.

La troisième option consiste à synthétiser l’hydrogène pour la production d’engrais à partir de la biomasse. Étant donné que cette option nécessite beaucoup de terres arables et d’eau, ironiquement, cette méthode de production est en concurrence avec la production alimentaire. Mais les auteurs de l’étude soulignent qu’il est logique que la matière première soit de la biomasse de déchets, par exemple des résidus de récolte.

Les scientifiques affirment que la clé du succès est susceptible d’être une combinaison de toutes ces approches en fonction du pays, des conditions locales spécifiques et des ressources disponibles.

« Dans tous les cas, il est impératif que l’agriculture utilise plus efficacement les engrais azotés », a déclaré Lorenzo Rosa, co-auteur de l’article, dans un communiqué de presse. « S’attaquer à des problèmes tels que la surfertilisation et le gaspillage alimentaire est également un moyen de réduire le besoin d’engrais. »

Pays à risque

Dans l’étude, les chercheurs ont également cherché à identifier les pays du monde dans lesquels la sécurité alimentaire est actuellement menacée en raison de leur dépendance aux importations d’azote ou de gaz naturel. L’Inde, le Brésil, la Chine, la France, la Turquie et l’Allemagne font partie des pays particulièrement vulnérables aux chocs de prix sur les marchés du gaz naturel et de l’azote.

De l’autre côté du spectre se trouvent la Russie, l’Égypte, le Qatar et l’Arabie saoudite, les plus grands pays exportateurs d’azote. La Chine fait également partie de ce groupe, bien qu’en raison de sa taille, elle doive également importer du gaz naturel.

« La décarbonisation de la production d’engrais réduirait dans de nombreux cas cette vulnérabilité et augmenterait la sécurité alimentaire », soulignent les scientifiques. « A tout le moins, l’électrification via les énergies renouvelables ou l’utilisation de la biomasse réduirait la dépendance aux importations de gaz naturel. »

Mais tout doit être relativisé et dans ce cas, les auteurs notent que toutes les méthodes neutres en carbone de production d’engrais azotés sont plus énergivores que la méthode actuelle d’utilisation des combustibles fossiles. En d’autres termes, ils restent vulnérables à certains chocs de prix, pas directement sur les marchés du gaz naturel, mais peut-être sur les marchés de l’électricité.

L’équipe estime qu’à l’avenir, les pays susceptibles de bénéficier de la décarbonisation sont ceux qui génèrent beaucoup d’énergie solaire et éolienne et disposent également de réserves suffisantes de terres et d’eau, comme le Canada et les États-Unis.

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Nicolas

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