L'engrais à base d'azote contribue aux rendements élevés attendus des cultures dans le monde développé, mais sa forte utilisation endommage également les eaux et les écosystèmes avoisinants. Inversement, les pays en développement qui ont le plus besoin d'améliorer leurs rendements sont confrontés à des goulots d'étranglement pour obtenir ces engrais en raison des coûts élevés et des bas prix des récoltes.

Scientifiques de l'Université Purdue, dirigé par Nick Carpita, professeur au Département de botanique et de phytopathologie, croire qu'il existe un moyen de résoudre les deux problèmes. Dans les résultats publiés dans la revue Biofuels, Bioproduits &Bioraffinage, les chercheurs décrivent comment les agriculteurs pourraient produire suffisamment de cultures bioénergétiques pour fabriquer des engrais à base d'azote à moindre coût et réduire la portée de ces engrais dans les cours d'eau à proximité.

« L'utilisation de la biomasse comme source d'hydrogène et d'énergie pour les engrais ammoniacaux est compétitive avec l'électricité en remplacement du gaz naturel ou d'autres combustibles fossiles. De plus, l'intégration d'une culture pérenne de biomasse en bordure des cultures vivrières est particulièrement attractive car elle fournit les substrats pour la production d'engrais tout en atténuant l'impact environnemental de l'excès d'azote, " ont écrit les auteurs.

Carpite, Maureen McCann, professeur au Département des sciences biologiques; Rakesh Agrawal, Winthrop E. Stone professeur émérite de génie chimique de Purdue; Gary Burniske, directeur général du Purdue Center for Global Food Security; et d'autres chercheurs de Purdue estiment que les agriculteurs pourraient utiliser 5% ou moins de leurs champs pour cultiver suffisamment de cultures bioénergétiques, comme le sorgho doux ou une graminée vivace comme le panic raide, pour créer le carburant nécessaire à la production d'engrais azotés comme l'ammoniac.

Non seulement l'utilisation de la bioénergie serait-elle un choix environnemental plus propre que le gaz naturel ou le charbon, mais les cultures pourraient être utilisées sur les bords des champs comme tampons pour limiter la quantité d'azote qui s'écoule de ces champs dans les eaux locales.

« C'est une petite partie de la superficie d'un producteur pour produire l'énergie nécessaire pour satisfaire complètement les besoins en engrais d'un champ entier. Vous pouvez appliquer 150 livres d'azote par acre, ce qui est plus que suffisant, et vous n'auriez besoin que de 5% de biomasse par acre, " Carpita a déclaré. "La biomasse a un bonus. Là où vous cultivez, cela pourrait améliorer l'écologie. Votre biomasse pourrait créer du piégeage du sol, des rangées anti-érosion qui améliorent le bassin versant local."

Les cultures de biomasse pourraient être gazéifiées directement ou transformées en H2Bioil pour le transport vers le gazéifieur, fournissant une source d'hydrogène nécessaire pour l'ammoniac et l'énergie pour alimenter la production. L'étude montre qu'il en coûte environ 54 $ pour suffisamment de gaz naturel pour créer 150 kilogrammes d'ammoniac. Les coûts équivalents de l'électricité ou de la biomasse dans les pays développés sont actuellement environ quatre fois supérieurs, ce qui signifie que les coûts de production devraient baisser ou que les prix du gaz naturel augmenteraient considérablement pour rendre le processus rentable.

Mais cela pourrait encore être bénéfique dans les pays en développement où des usines de transformation mobiles ou des usines chimiques plus petites pourraient rapprocher la production des exploitations qui n'ont pas accès aux engrais à base d'azote. Ces petites installations n'existent pas encore, mais Agrawal a déclaré que son équipe travaillait à leur développement.

"Nous, ingénieurs chimistes, sommes habitués à construire de grandes usines. Nous devons repenser non seulement les opérations unitaires, mais comment allons-nous simplifier tout dans une usine pour la faire fonctionner à une plus petite échelle distribuée, " a déclaré Agrawal. " La bonne chose est que nous avons commencé à y travailler. Cela pourrait arriver dans la décennie."

Burniske a déclaré que la stratégie de la biomasse pour la production d'ammoniac serait probablement réalisable plus tôt en Afrique subsaharienne, où les sols sont pauvres en azote et il y a peu de production d'engrais dans la région.

« L'Afrique est la région du monde la plus pauvre en engrais azotés, et là où l'engrais est disponible, il est cher, de mauvaise qualité et hors de portée du petit agriculteur, ", a déclaré Burniske.

Une zone d'Afrique de l'Est, où les pays sont plus petits et pourraient partager une grande installation de production, et disposer de l'infrastructure de transport nécessaire – pourrait utiliser la stratégie de la biomasse pour créer des engrais à base d'azote abordables.

« La réduction du coût des engrais et l'amélioration de la qualité qui l'accompagneraient stimuleraient leur utilisation par les petits agriculteurs et augmenteraient les rendements dans les zones où se trouvent de grandes populations de personnes en situation d'insécurité alimentaire, " a déclaré Burniske. " Les cultures horticoles en particulier en bénéficieraient car elles sont plus exigeantes en apport d'azote, et les cultures horticoles sont riches en micronutriments dans une région où les carences en micronutriments sont endémiques. Les agriculteurs produisant davantage de cultures horticoles de grande valeur verraient une augmentation de leurs revenus et un effet multiplicateur augmentant le développement économique des communautés rurales. »

Les auteurs ont dédié leur article à leur collègue Wally Tyner, qui était le professeur James et Lois Ackerman d'économie agricole à Purdue, un chercheur principal de l'Association américaine pour l'économie de l'énergie et un sénateur américain Richard Lugar "Energy Patriot". Tyner est décédé l'année dernière.