Ammoniac (NH 3 ) est l'un des produits chimiques les plus produits, avec une production mondiale de 170 mégatonnes par an. C'est l'ingrédient clé dans la production d'engrais, et joue ainsi un rôle essentiel dans le maintien de la population mondiale. Cependant, plus de 1 % de l'énergie mondiale est consommée par la production d'ammoniac, qui implique la réaction du diazote (N 2 ) à partir d'air et de dihydrogène (H 2 ), via le procédé Haber-Bosch.

Bien que l'industrie ait connu quelques percées en termes d'efficacité, les atomes d'hydrogène dans l'ammoniac sont dérivés du méthane de combustible fossile (CH 4 ), et le dioxyde de carbone (CO 2 ) est produit comme sous-produit. En d'autres termes, le procédé Haber Bosch n'est pas durable. De plus, il nécessite des températures et des pressions élevées, c'est-à-dire qu'il ne peut être produit que dans de grands réacteurs centralisés, loin du point de consommation. Par conséquent, les enjeux logistiques et sécuritaires du transport de l'ammoniac, qui est à la fois toxique et corrosif, empêcher de nombreux utilisateurs potentiels de pouvoir l'utiliser, notamment dans les pays en développement.

Pendant de nombreuses années, les scientifiques ont donc travaillé dur pour trouver une alternative, procédé électrochimique de synthèse d'ammoniac, qui pourrait être alimenté par des énergies renouvelables et produit de manière localisée, au point d'utilisation. Il y a des défis majeurs à résoudre, tant scientifiques que techniques, avant que le processus ne devienne évolutif et rentable.

Les études expérimentales, jusqu'à présent, n'ont pas été en mesure d'égaler l'efficacité du procédé dominant Haber-Bosch. De plus, nombre de ces études ne permettent pas d'exclure une contamination due à l'ammoniac ou à d'autres composés azotés déjà présents dans l'air, souffle humain, membranes conductrices d'ions ou même le catalyseur lui-même.

Une nouvelle étude en La nature par une équipe internationale de scientifiques de l'Université technique du Danemark (DTU), L'Université de Stanford et l'Imperial College de Londres mettent en lumière ce problème.

"La synthèse de l'ammoniac par des procédés électrochimiques suscite un énorme intérêt, non seulement des chercheurs universitaires, mais aussi de l'industrie et du gouvernement. Cet intérêt est motivé par la nécessité de rendre la production d'ammoniac moins dépendante des combustibles fossiles. Cependant, de nombreux groupes universitaires ne parviennent pas à prouver que l'ammoniac est bien dérivé du N 2 molécule. C'est en partie à cause des très petites quantités d'ammoniac produites qui font que même de petites contaminations donnent un faux positif, " déclare le professeur agrégé Jakob Kibsgaard au DTU.

Le protocole proposé par les scientifiques utilise l'azote-15 (15N 2 ), un isotope qui leur permet de détecter et de quantifier l'électroréduction de N 2 à l'ammoniac. Grâce à cette méthode, ils sont capables de séparer les effets d'une contamination parasite du vrai N 2 réduction.

« Si les procédés électrochimiques deviennent plus efficaces, l'étiquetage isotopique deviendra moins problématique, car nous produirons de plus grandes quantités d'ammoniac. Toutefois, nous avons des études en cours qui ne respectent même pas les protocoles les plus élémentaires pour garantir la validité des résultats, ", déclare le maître de conférences Ifan E. L. Stephens à l'Imperial College de Londres.

En utilisant leur protocole, les scientifiques ont prouvé qu'une méthode rapportée en 1993 par une autre équipe de scientifiques (du Tokyo Institute of Technology), produit sans équivoque de l'ammoniac dérivé de N 2 . Alors que de nombreuses études doivent être réévaluées, le résultat actuel est significatif, car il montre que la production électrochimique d'ammoniac est bien faisable.

"Nous espérons que cet article rappellera à la communauté des chercheurs d'utiliser les expériences de contrôle et les protocoles appropriés pour évaluer correctement leurs recherches. Nous faisons tous partie d'un domaine émergent qui pourrait avoir un impact très positif sur la production d'ammoniac et le CO mondial. 2 émissions. Par conséquent, nous devons être sûrs que nous faisons bon usage de notre temps dans le laboratoire - et cette recherche pourrait nous aider à le faire ", déclare le professeur Ib Chorkendorff du DTU.