L'humanité dépend de l'ammonium dans les engrais synthétiques pour la nourriture. Cependant, la production d'ammoniac à partir d'azote est extrêmement énergivore et nécessite l'utilisation de métaux de transition.

Des chercheurs de Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Bavière, Allemagne, ont maintenant réalisé la conversion de l'azote en ammonium à température ambiante et à basse pression sans avoir besoin de métaux de transition. Cela a été rapporté par un groupe de recherche dirigé par le scientifique JMU Holger Braunschweig dans le journal Chimie de la nature .

Une nouvelle boîte à outils pour lier l'azote

La production industrielle d'ammoniac, le procédé dit Haber-Bosch, nécessite des températures et des pressions élevées, et est estimé à consommer environ deux pour cent de toute l'énergie produite sur terre. Ce procédé repose également sur des éléments de métaux de transition, atomes relativement lourds et réactifs.

En 2018, L'équipe du professeur Braunschweig a rapporté la liaison et la conversion chimique de l'azote à l'aide d'une molécule constituée uniquement de briquet, atomes non métalliques. Un an plus tard, ils ont utilisé un système similaire pour démontrer la première combinaison de deux molécules d'azote en laboratoire, une réaction qui n'avait autrement été observée que dans la haute atmosphère terrestre et dans des conditions de plasma.

La clé de ces deux découvertes était l'utilisation du bore, le cinquième élément le plus léger, comme l'atome auquel l'azote se lie. « Après ces deux découvertes, il était clair que nous avions un système assez spécial entre nos mains, " dit Brunswick.

Il suffit d'ajouter de l'eau

Bien que leur système lie et convertisse l'azote, seulement la moitié des pièces du puzzle étaient en place. « Nous savions qu'achever la conversion de l'azote en ammoniac serait un défi majeur, car elle nécessite une séquence complexe de réactions chimiques souvent incompatibles les unes avec les autres, " explique le professeur JMU.

La percée est venue du plus simple des réactifs :des traces d'eau laissées dans un échantillon suffisaient à favoriser une réaction séquentielle qui n'a éloigné l'équipe qu'à un pas de l'ammonium cible. Il a été découvert plus tard que les réactions clés pouvaient être effectuées à l'aide d'un acide solide, permettre aux réactions de se produire séquentiellement dans un seul ballon de réaction, le tout à température ambiante.

Faire de l'ammonium avec de la bière

Réalisant que l'étape d'acidification du processus semblait fonctionner même avec des réactifs simples tels que l'eau, l'équipe a répété la réaction en utilisant de la bière Würzburger Hofbräu brassée localement. Pour leur plus grand plaisir, ils ont pu détecter le produit pré-ammonium dans le mélange réactionnel.

"Cette expérience était en partie amusante, mais cela montre également à quel point le système est tolérant à l'eau et à d'autres composés, " explique le Dr Marc-André Légaré, le chercheur postdoctoral qui a initié l'étude. « La réduction de l'azote en ammoniac est l'une des réactions chimiques les plus importantes pour l'humanité. C'est sans doute la première fois qu'elle est réalisée avec de la bière, et il est particulièrement approprié que cela ait été fait en Allemagne, " dit le Dr Rian Dewhurst, Akademischer Oberrat et coauteur de l'étude.

Beaucoup de travail reste à faire

La réaction, tout en étant passionnant, est encore loin d'être un procédé véritablement pratique de production industrielle d'ammonium. Idéalement, trouver un moyen de reformer les espèces actives sera nécessaire pour rendre le processus économe en énergie et économique.

Néanmoins, la découverte est une démonstration passionnante que les éléments les plus légers peuvent relever même les plus grands défis de la chimie. "Il y a beaucoup à faire ici, mais le bore et les autres éléments légers nous ont déjà surpris tant de fois. Ils sont clairement capables de bien plus, " dit Holger Braunschweig.