(Haut) La méthode Harber-Bosch :utilisant l'hydrogène (extrait par la décomposition thermique du gaz naturel) et l'azote atmosphérique comme réactifs, cette méthode produit de l'ammoniac en utilisant un catalyseur dans des conditions de haute température/pression. (En bas) Le système intégré au catalyseur plasma pour la méthode de production d'ammoniac vert :une méthode respectueuse de l'environnement qui produit de l'ammoniac via le système intégré au catalyseur plasma en utilisant l'azote atmosphérique et l'eau. Crédit :Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM)
L'Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM), un établissement placé sous la tutelle du ministère des Sciences et des TIC, a développé un procédé innovant qui utilise des énergies renouvelables pour produire de l'ammoniac à température ambiante et à pression normale. Cette technologie devrait contribuer considérablement à atteindre la neutralité carbone à l'avenir, par le développement d'un procédé de production d'ammoniac qui ne produit aucune émission de carbone.
Dirigé par le chercheur principal Dr Dae Hoon Lee, l'équipe de recherche KIMM du département d'ingénierie plasma a réussi à développer une solution innovante, procédé zéro carbone pour la production d'ammoniac. Le 5 août, ils ont publié les résultats de leurs recherches dans Lettres énergétiques ACS .
Le procédé organique de synthèse de l'ammoniac (méthode Haber-Bosch), développé par Fritz Haber et Karl Bosch en 1913, produit de l'ammoniac utilisé comme engrais, et est considéré comme une découverte qui a considérablement augmenté la productivité agricole et a servi de base à l'innovation agricole. Récemment, l'ammoniac a attiré l'attention en tant que carburant respectueux de l'environnement avec zéro émission de carbone. C'est parce que l'ammoniac, qui est un composé d'azote et d'hydrogène, n'émet pas de dioxyde de carbone même lorsqu'il est brûlé.
Cependant, synthétiser l'ammoniac selon la méthode Haber-Bosch, les conditions de haute pression et de haute température doivent être respectées, avec une pression d'au moins 200 atm et une température d'au moins 400 degrés Celsius. Aussi, puisque les combustibles fossiles tels que le gaz naturel sont utilisés pour produire de l'hydrogène, une grande quantité d'énergie est consommée, conduisant ainsi à des niveaux élevés d'émissions de dioxyde de carbone.
Selon un rapport de 2020 de la Royal Society, la méthode Haber-Bosch consomme environ 1,8 % de l'énergie mondiale pour produire de l'ammoniac, et les niveaux de dioxyde de carbone émis dans ce processus représentent 1,8 % des émissions totales de dioxyde de carbone dans le monde.
Le procédé de production d'ammoniac développé par l'équipe de recherche KIMM consiste à combiner de l'eau avec du plasma d'azote, produisant ainsi de l'hydrogène et des oxydes d'azote. Ces oxydes résultants sont réduits en ammoniac avec des catalyseurs. Plus de 99% des oxydes d'azote produits par cette réaction plasma deviennent du monoxyde d'azote, qui peut être facilement réduit en ammoniac. Le monoxyde de nitro réagit ensuite à l'hydrogène coproduit pour produire de l'ammoniac avec plus de 95 % de sélectivité élevée, et la chaleur générée pendant le processus de décomposition par plasma est utilisée pour le processus de synthèse catalytique.
Étant donné que ce processus n'utilise aucun combustible fossile et qu'il s'agit d'une technologie capable de produire de l'« ammoniac vert » avec zéro émission de dioxyde de carbone, il peut atteindre un rendement 300 à 400 fois supérieur à celui des technologies électrochimiques existantes de production d'ammoniac, qui sont considérées comme les principales alternatives à la méthode Haber-Bosch.
En outre, ce processus peut être étendu à grande échelle relativement facilement grâce à un système modulaire en raison du fait que la réaction se produit avec l'eau et l'azote à température/pression ambiante, par opposition aux conditions de haute température/pression qui doivent être remplies pour les méthodes existantes de production d'ammoniac. Par ailleurs, une solution aqueuse de nitrate, un sous-produit généré à la suite du processus de production d'ammoniac, peut être utilisé comme solution nutritive agricole et agent oxydant.
À l'avenir, l'équipe de recherche KIMM espère améliorer le coût et l'efficacité de la production d'ammoniac en développant une technologie de mise à l'échelle et de commercialisation. L'équipe vise également à collaborer avec des sociétés d'ingénierie nationales et étrangères pour étendre leurs efforts aux usines d'ammoniac, en particulier les installations de petite et moyenne taille pouvant fonctionner dans des conditions de pression et de température ambiante normales.
Le chercheur principal, le Dr Dae Hoon Lee, a souligné que lui et son équipe ont développé un processus de production d'ammoniac respectueux de l'environnement qui peut être appliqué aux installations réelles et, en théorie, n'émet aucun carbone. Il a également déclaré que lui et son équipe feraient de leur mieux pour mener des recherches et un développement de suivi afin de contribuer à réduire considérablement les émissions de carbone mondiales.
