Il y a plus de 112 ans, Fritz Haber et Carl Bosch ont industrialisé un procédé capable de produire de l'ammoniac à partir d'azote facilement disponible dans l'air, créant ainsi un engrais chimique commercialement viable capable d'améliorer la production agricole. Considéré comme l'une des percées scientifiques les plus importantes du XXe siècle, le procédé Haber-Bosch est toujours utilisé pour faire pousser des cultures dans le monde entier. Elle a sauvé des millions de personnes de la famine, mais elle, avec d'autres activités humaines, perturbe le cycle de l'azote de la planète, réchauffe le globe et risque potentiellement la santé de millions de personnes.

C'est pourquoi il est maintenant temps de passer en revue les travaux scientifiques en cours pour rééquilibrer le cycle de l'azote, selon Xuping Sun, professeur à l'Institut des sciences fondamentales et frontalières de l'Université des sciences et technologies électroniques de Chine. Sun et son équipe ont évalué les dernières années de recherche dans le domaine et résumé les voies les plus prometteuses dans un article publié le 2 juin dans Nano Research Energy .

"La majorité de l'atmosphère terrestre - 78% - est constituée d'azote atmosphérique, ce qui en fait la plus grande source d'azote", a déclaré Sun. "Cependant, l'azote atmosphérique a une disponibilité limitée pour une utilisation biologique, ce qui entraîne une pénurie d'azote utilisable dans de nombreux types d'écosystèmes, il subit donc divers types de transformation pour maintenir un équilibre. L'humanité a déséquilibré le cycle de l'azote de la Terre."

L'azote passe par plusieurs formes chimiques lorsqu'il se déplace parmi les écosystèmes dans l'atmosphère, l'eau et la terre. Avant l'avènement du procédé Haber-Bosch, par exemple, les plantes se procuraient de l'ammonium à partir de micro-organismes en décomposition trouvés dans le compost et le fumier qui absorbent l'azote et le convertissent. Les plantes absorbent l'ammonium, des micro-organismes ou des engrais, dans leurs racines, mais elles ne peuvent pas utiliser l'abondance fournie par les engrais.

"Lorsque les racines des plantes n'enlèvent pas l'engrais, une partie de celui-ci s'écoule du champ et pollue les cours d'eau", a déclaré Sun. "Le reste est consommé par une série de micro-organismes du sol qui convertissent l'ammoniac en nitrite, puis en nitrate et, enfin, en azote gazeux. Cela peut se combiner avec l'oxygène en protoxyde d'azote, communément appelé gaz hilarant, qui est environ 300 fois plus efficace à réchauffer l'atmosphère que le dioxyde de carbone."

La réponse, a déclaré Sun, pourrait être l'électrocatalyse. Ce processus utilise un catalyseur pour accélérer une réaction chimique sur une électrode, et il est couramment utilisé dans des produits tels que les piles à combustible ou les batteries.

"L'électrocatalyse est une méthode simple mais puissante qui fonctionne dans des conditions ambiantes, où les matériaux catalytiques déterminent l'efficacité de la conversion", a déclaré Sun. "La catalyse du cycle de l'azote contient plusieurs réactions de conversion et les électrocatalyseurs potentiels correspondants, donc un catalyseur véritablement efficace et stable sera notre meilleure chance d'équilibrer le cycle de l'azote, surtout s'il est suffisamment flexible, durable et compatible pour convertir l'énergie renouvelable intermittente en valeur. -des produits chimiques ajoutés avec un minimum d'émissions de carbone."

Les chercheurs examinent spécifiquement comment les progrès récents dans les nanomatériaux hétérogènes, ou les matériaux atomiques accordables dont la taille et l'arrangement spécifiques peuvent modifier la réaction, peuvent apporter des solutions potentielles.

"Bien qu'une pléthore de catalyseurs aient été développés, montrant une bonne efficacité et avec des explications mécanistes, des percées majeures sont toujours nécessaires", a déclaré Sun. "Nous espérons que cet article attirera davantage l'attention des chercheurs sur les problèmes dans ce domaine qui doivent être résolus, y compris des méthodes quantitatives précises ou de nouveaux indicateurs pour déterminer l'activité du catalyseur ; et des systèmes catalytiques vraiment efficaces, stables et économiques, qui nécessitent le catalyseur , électrolyte, réacteur et plus."

Sun a déclaré que les chercheurs prévoyaient de continuer à étudier diverses approches pour développer des électrocatalyseurs qui pourraient accélérer l'équilibrage du cycle de l'azote. + Explorer plus loin

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