Notre société a plus que jamais besoin d'ammoniac. Engrais chimiques, Plastique, fibres, médicaments, réfrigérants dans les pompes à chaleur, et même les explosifs utilisent tous l'ammoniac comme matière première. De plus, l'ammoniac a été suggéré comme vecteur d'hydrogène récemment en raison de sa teneur élevée en hydrogène.

Dans le procédé Haber-Bosch, qui est la principale méthode de synthèse de l'ammoniac, l'azote réagit avec l'hydrogène en utilisant un catalyseur métallique pour produire de l'ammoniac. Cependant, ce procédé industriel est conduit à 200 atm et à des températures de réaction élevées de près de 500°C. En outre, la production d'ammoniac nécessite d'utiliser beaucoup de gaz naturel, les scientifiques ont donc recherché des méthodes alternatives pour synthétiser durablement l'ammoniac à basse température.

Dans une étude récente, des chercheurs de l'Université Waseda et de Nippon Shokubai Co. Ltd. ont réalisé une synthèse d'ammoniac très efficace à basse température, avec le rendement le plus élevé jamais enregistré.

"En appliquant un champ électrique au catalyseur utilisé dans notre expérience, nous avons réalisé une efficacité, procédé à petite échelle de synthèse d'ammoniac dans des conditions très douces, " explique le professeur Yasushi Sekine de l'université de Waseda. " En utilisant cette nouvelle méthode, nous pouvons collecter de l'ammoniac très pur sous forme de liquide comprimé et ouvrir la voie au développement d'usines de production d'ammoniac à la demande fonctionnant à l'énergie renouvelable. »

Cette recherche a été publiée dans Sciences chimiques .

En 1972, le catalyseur au ruthernium (Ru) avec des métaux alcalins s'est avéré diminuer les températures de réaction et les pressions nécessaires au traitement Haber-Bosch, et différentes méthodes ont été suggérées depuis cette découverte. Malheureusement, la vitesse de synthèse de l'ammoniac était entravée par des limitations cinétiques.

"Nous avons appliqué un champ électrique à courant continu au catalyseur Ru-CS pour notre synthèse d'ammoniac. Notre groupe de recherche a obtenu un champ d'ammoniac remarquablement élevé d'environ 30 mmol gcat-1h-1 avec une efficacité énergétique de production élevée. Sans oublier, cela a été fait à de basses températures et pressions de réaction de l'atmosphérique à 9 atm, qui est cinétiquement contrôlable. La consommation d'énergie pour produire de l'ammoniac était également très faible."

La façon dont les chercheurs ont pu obtenir de tels résultats pourrait s'expliquer par un mécanisme appelé saut de protons de surface, une conduction de surface unique déclenchée par un champ électrique.

« Nos investigations expérimentales, y compris l'observation au microscope électronique, mesures de spectroscopie infrarouge, et des tests d'échange isotopique utilisant de l'azote gazeux, prouver que le saut de proton joue un rôle important dans la réaction, car il active l'azote gazeux même à basse température et modère les conditions difficiles, " explique le professeur Sekine.

La nouvelle technique s'attaque également aux obstacles de la synthèse conventionnelle de l'ammoniac, tels que l'empoisonnement à l'hydrogène des catalyseurs Ru et le retard de la dissociation de l'azote. Par ailleurs, les résultats de la recherche suggèrent qu'à plus petite échelle, une production d'ammoniac plus dispersée pourrait être réalisée, et la construction d'usines d'ammoniac hautement efficaces fonctionnant à l'énergie renouvelable deviendra possible. Ces usines d'ammoniac devraient produire 10 à 100 tonnes d'ammoniac par jour. Le professeur Sekine pense que leurs découvertes seront importantes pour les futures sources d'énergie et de matériaux.