Utiliser la technologie plasma de pointe pour fabriquer des engrais bon marché pour les petits agriculteurs peut sembler magique, mais c'est maintenant devenu réalité. Des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven (TU/e) ont construit une petite usine à plasma qui produit des engrais liquides à base d'azote uniquement en utilisant le soleil, eau et air. "L'usine est facile à mettre en place, durable et très efficace, " déclare Fausto Gallucci, chercheur à la TU/e, qui, avec des partenaires en Afrique, L'Allemagne et le Portugal ont fait des tests réussis de l'appareil en Ouganda. « Nous voulons maintenant mettre la mini-usine sur le marché, afin qu'il devienne disponible pour les agriculteurs du monde entier.

Nourrir une population mondiale croissante est un énorme défi. Les prévisions disent qu'il y aura 8,6 milliards de personnes sur notre planète en 2030, et près de 10 milliards en 2050. Engrais artificiels, en particulier les engrais azotés, jouer un rôle clé pour relever ce défi.

Azote vital

L'azote est l'un des trois principaux macronutriments utilisés par les plantes pour pousser (à côté du phosphore et du potassium. En 2015, environ un être humain sur deux était nourri avec des aliments cultivés à l'aide d'engrais à base d'azote, une proportion qui devrait augmenter au cours des prochaines années.

Bien que largement disponible dans le monde développé, les engrais artificiels ne sont pas aussi courants dans les pays en développement. En Afrique, où 60 pour cent de tous les agriculteurs ont moins d'un hectare de terre à leur disposition, les agriculteurs n'ont souvent pas l'argent pour acheter les choses. En outre, les engrais sont souvent produits par de grandes multinationales, qui livrent uniquement en vrac et à partir d'emplacements centraux.

Low-tech

C'est ici qu'intervient le projet Afrique de Leap-Agri. Il utilise un réacteur à petite échelle pour fabriquer un engrais à base d'azote liquide qui peut être utilisé par tout agriculteur ayant accès à la lumière du soleil et à l'eau.

Bien que la technologie sous-jacente soit à la pointe de la technologie, l'application est très low-tech. "Nous avons envoyé un système basé sur notre réacteur plasma à l'Organisation nationale de recherche agricole (NARO) en Ouganda qui n'avait jamais travaillé avec la technologie plasma auparavant, et ils ont pu produire de l'engrais en un mois, " dit Fausto Gallucci, professeur au département de génie chimique et de chimie.

"Notre système est petit, simple et très rapide. Une fois que vous l'allumez, c'est vraiment une question de secondes avant qu'il ne commence à produire de l'engrais. Cela le rend également très flexible :vous ne le faites fonctionner que lorsque le soleil brille et que vous avez besoin d'engrais."

Plasma froid

Alors comment fonctionne cet appareil ? Le professeur Gallucci explique :« Notre mini-usine utilise la technologie plasma. comme vous le savez, est le quatrième état de la matière et se compose d'atomes et de molécules ionisés. Vous le connaissez peut-être grâce aux éclairs ou aux enseignes au néon, qui sont tous deux constitués de plasma.

Le plasma utilisé dans l'usine d'engrais est non thermique :tandis que les électrons qui pilotent la réaction atteignent des températures extrêmement élevées, le gaz qui l'entoure peut rester relativement frais. Cela permet bien sûr d'économiser de l'énergie.

Il fait de la technologie plasma une alternative intéressante à la production traditionnelle d'azote, le processus dit Haber-Bosch, ce qui nécessite à la fois une pression élevée et des températures élevées. On estime que le procédé Haber-Bosch consomme 1 à 2% de l'énergie totale mondiale, émettant quelque 300 millions de tonnes de CO 2 chaque année dans les airs.

Fixation de l'azote

La fabrication d'engrais à base d'azote dans un réacteur à plasma implique un processus connu sous le nom de fixation de l'azote. Alors que 78 pour cent de l'air se compose de N2, le gaz ne réagit pas avec les autres éléments (il est chimiquement inerte). Cela rend difficile l'utilisation des plantes.

La fixation de l'azote résout ce problème. Il convertit l'azote (N 2 ) de l'air en NOx, qui à son tour réagit avec l'oxygène et l'eau pour former du nitrate (NO 3 - ). Cela peut ensuite être utilisé comme ingrédient pour l'engrais liquide.

"Pour lancer le processus de conversion, " explique Sirui Li, chercheur dans le groupe du professeur Gallucci, "alors 2 les molécules doivent d'abord être «activées» en introduisant une charge électrique. Cela garantit que les liaisons qui maintiennent les atomes d'azote ensemble sont rompues, créer un plasma."

Dans le cas de la mini-usine Leap Agri, l'électricité pour la production de plasma est fournie par l'énergie solaire, une source bon marché et durable largement disponible dans les pays en développement.

Efficace et accessible

Le procédé est très efficace :il produit un engrais liquide à haute teneur en nitrates facilement assimilable par les plantes. Une analyse a été faite en Ouganda par la chercheuse de NARO Stella Kabiri, qui a comparé cet engrais avec d'autres engrais sur le marché local. Le résultat a montré que la teneur en nitrates était d'environ 20 pour cent, qui est 14, 42 et 51 points de pourcentage de plus que les engrais solides Nitrate d'ammonium, NPK et Urée respectivement.

"Plus important, l'engrais liquide peut être produit sur place et à la demande, afin que chaque agriculteur puisse choisir exactement la quantité d'engrais et de nitrates dont il a besoin pour sa culture et sa parcelle, " dit Sirui Li.

À l'heure actuelle, le coût de la mini-usine est encore assez élevé (environ 70, 000 euros), mais Gallucci s'attend à ce que le prix baisse considérablement une fois qu'il sera produit à plus grande échelle. "Un jour, les petits exploitants en Afrique pourront acheter leur propre unité d'engrais, soit individuellement, soit collectivement en tant que village. Le collectif peut alors louer la mini-usine à ses membres, ou vendre l'engrais à d'autres villages.