Depuis 100 ans, une simple molécule a eu un impact extrêmement positif sur notre monde. Ammoniac, qui comprend trois atomes d'hydrogène liés à un seul atome d'azote, est largement utilisé pour que les engrais nous permettent de produire suffisamment de nourriture pour tout le monde sur la planète. Cela en fait à peu près la molécule la plus importante après l'eau.

Cependant, la fabrication d'ammoniac est le troisième plus grand émetteur de dioxyde de carbone des procédés industriels au monde, créant un demi-milliard de tonnes de CO₂ chaque année, soit 1,8 % des émissions mondiales de CO₂.

Mes collègues et moi venons de produire un rapport pour la Royal Society qui montre que la production d'ammoniac vert sans carbone pourrait réduire les émissions mondiales de carbone de près de 2 %. Quoi de plus, il pourrait également stocker des quantités à l'échelle nationale d'énergie renouvelable et de navires à moteur, trains et poids lourds.

L'ammoniac est généralement produit en faisant réagir du méthane avec de la vapeur pour produire de l'hydrogène, puis le faire réagir avec l'azote de l'air en utilisant ce que l'on appelle le procédé Haber-Bosch. Mais le reformage du méthane à la vapeur dégage également du dioxyde de carbone. En revanche, l'ammoniac vert est produit avec de l'hydrogène qui a été séparé de l'eau en utilisant de l'électricité renouvelable.

Il est également possible de décomposer l'ammoniac en hydrogène et azote, dégageant de l'énergie dans le processus. Et il peut être brûlé comme des combustibles fossiles comme le diesel. Cela signifie que l'ammoniac peut également être utilisé comme réservoir d'énergie.

Le laboratoire Rutherford Appleton dans l'Oxfordshire, ROYAUME-UNI, dispose d'un système de démonstration d'ammoniac vert unique. Il est alimenté par une éolienne sur site et capable de produire jusqu'à 30 kg d'ammoniac vert par jour. Il peut également réinjecter de l'électricité verte dans le réseau selon les besoins.

Le défi pour faire de la production d'ammoniac vert une alternative viable est de réduire les coûts, dont 85 % d'électricité. Dans la plupart des régions du monde, l'énergie renouvelable est encore nettement plus chère que le méthane utilisé dans la fabrication conventionnelle d'ammoniac.

Cependant, le coût de l'électricité dans les zones à potentiel renouvelable abondant a considérablement diminué au cours de la dernière décennie, à environ 1,7-3,4 livres sterling par kWh. Cela signifie que vous pouvez produire de l'ammoniac vert pour environ 220 £ la tonne.

Ce n'est toujours pas aussi bon marché que le processus conventionnel. Mais pour continuer à utiliser cette méthode tout en réduisant nos émissions à zéro net, nous devrons combiner la capture et le stockage du carbone afin que le CO₂ résultant ne pénètre pas dans l'atmosphère. Et c'est alors que l'ammoniac vert peut devenir compétitif.

Carburant zéro carbone

L'ammoniac vert a également le potentiel de relever l'un des plus grands défis non résolus dans la course au zéro émission nette :comment créer des réserves flexibles de carburant zéro carbone qui durent des années comme le font les combustibles fossiles actuels ?

L'ammoniac se stocke facilement en grande quantité sous forme liquide à des pressions modestes (entre 10 et 15 fois celle de notre atmosphère) ou réfrigéré à -33°C. Sous cette forme, la densité énergétique est environ la moitié de celle de l'essence et plus de dix fois celle des batteries.

Ce que l'ammoniac a par rapport aux autres carburants alternatifs potentiels, c'est que nous avons déjà un système mondial de fabrication et de distribution en place en raison de son utilisation généralisée comme matière première pour les engrais. Il existe également un réseau complet de ports qui traitent l'ammoniac à grande échelle afin qu'il puisse devenir un carburant pour le transport maritime sur de longues distances avec une relative facilité.

En réalité, l'industrie du transport maritime international a déjà prouvé qu'il était possible d'utiliser l'ammoniac comme carburant dans ses plus grands porte-conteneurs océaniques. Solutions énergétiques MAN, concepteur et fabricant de moteurs marins, a annoncé que le premier moteur à l'ammoniac pourrait être opérationnel d'ici début 2022. Cela ouvrirait également des opportunités pour les carburants verts pour les trains, le fret lourd et peut-être même l'aviation à zéro carbone.

L'ammoniac présente d'autres défis. L'utilisation d'engrais à base d'ammoniac contribue au déclin mondial de la biodiversité, problèmes généralisés de qualité de l'air et d'émissions de gaz à effet de serre. Les nouvelles utilisations de l'ammoniac doivent inclure des mesures efficaces pour éviter toute émission supplémentaire.

Des contrôles stricts déjà présents sur tous les stockages d'ammoniac actuels et sur les sites industriels concernés, doivent être mis en place pour garantir que les risques de dégagement d'ammoniac et la formation qui en résulte d'oxydes d'azote (NOx) nocifs soient négligeables.

Ce que nous devons faire maintenant, c'est rechercher et démontrer le potentiel de l'ammoniac, de l'amélioration de l'énergie éolienne et solaire à l'optimisation de la production et du stockage d'ammoniac vert. Et nous devons développer un portefeuille complet de moyens de transformer l'ammoniac en énergie quand et où nous en avons besoin.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.