Des chercheurs de l'Université de Notre Dame développent une approche d'énergie renouvelable pour synthétiser l'ammoniac, un composant essentiel des engrais qui soutiennent les besoins de la production alimentaire mondiale. Le procédé Haber-Bosch développé au début des années 1900 pour produire de l'ammoniac repose sur des combustibles fossiles non renouvelables et a des applications limitées pour les grands, usines chimiques centralisées.

Le nouveau procédé, Publié dans Catalyse naturelle , utilise un plasma - un gaz ionisé - en combinaison avec des catalyseurs de métaux non nobles pour générer de l'ammoniac dans des conditions beaucoup plus douces que ce qui est possible avec Haber-Bosch. L'énergie du plasma excite les molécules d'azote, l'un des deux composants qui entrent dans la fabrication de l'ammoniac, leur permettant de réagir plus facilement sur les catalyseurs. Parce que l'énergie de la réaction provient du plasma plutôt que d'une chaleur élevée et d'une pression intense, le procédé peut être réalisé à petite échelle. Cela rend le nouveau procédé bien adapté pour une utilisation avec des sources d'énergie renouvelables intermittentes et pour la production d'ammoniac distribuée.

"Les plasmas ont été considérés par beaucoup comme un moyen de fabriquer de l'ammoniac qui ne dépend pas des combustibles fossiles et qui avait le potentiel d'être appliqué de manière moins centralisée, " dit Guillaume Schneider, H. Clifford et Evelyn A. Brosey professeur d'ingénierie, membre affilié de ND Energy et co-auteur de l'étude. « Le vrai défi a été de trouver la bonne combinaison de plasma et de catalyseur. En combinant des modèles moléculaires avec des résultats en laboratoire, nous avons pu nous concentrer sur des combinaisons qui n'avaient jamais été envisagées auparavant."

L'équipe de recherche dirigée par Schneider; David Go, Rooney Family Professeur agrégé d'ingénierie en génie aérospatial et mécanique; et Jason Hicks, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire, découvert que parce que les molécules d'azote sont activées par le plasma, les exigences sur les catalyseurs métalliques sont moins strictes, permettant d'utiliser des matériaux moins coûteux tout au long du processus. Cette approche surmonte les limites fondamentales du procédé Haber-Bosch thermique, permettant d'effectuer la réaction à des vitesses Haber-Bosch dans des conditions beaucoup plus douces.

"Le but de notre travail était de développer une approche alternative pour fabriquer de l'ammoniac, mais les connaissances issues de cette collaboration entre nos groupes de recherche peuvent être appliquées à d'autres processus chimiques difficiles, comme la conversion du dioxyde de carbone en un produit moins nocif et plus utile. Alors que nous continuons à étudier la synthèse plasma-ammoniac, nous examinerons également comment le plasma et les catalyseurs pourraient bénéficier à d'autres transformations chimiques, " a déclaré Hicks.