Depuis des décennies, l’industrie chimique cherche des moyens de produire des substances essentielles de manière plus durable. La production d’ammoniac, un composant clé des engrais et potentiellement une source d’énergie propre, est particulièrement mise en cause pour ses émissions de CO₂. Une étude récente propose une approche novatrice en utilisant la chaleur et la pression naturelles de la Terre. Découvrez comment cette méthode pourrait changer la donne
Au lieu de dépendre de réacteurs énergivores pour générer des températures et des pressions élevées, les chercheurs s’intéressent maintenant à la chaleur naturelle de la Terre pour produire de l’ammoniac. Dans une étude de preuve de concept, les scientifiques ont généré de l’ammoniac en mélangeant de l’eau enrichie en azote avec des roches riches en fer, sans aucune entrée d’énergie ou émission de CO₂. Cette nouvelle recette pourrait conduire à une alternative plus durable aux méthodes actuelles, avec une production théorique d’ammoniac suffisante pour satisfaire les besoins pendant 2,42 millions d’années.
La genèse de cette idée remonte aux années 1980 au Mali, en Afrique de l’Ouest. Les habitants y ont découvert un puits d’où s’échappait du gaz hydrogène, phénomène que les scientifiques ont ensuite attribué à une réaction chimique entre l’eau et les roches sous la surface terrestre.
« C’était un moment ‘eureka’ », a indiqué Iwnetim Abate de MIT. « Nous pourrions utiliser la Terre comme une usine, en exploitant sa chaleur et sa pression pour produire des produits chimiques précieux comme l’ammoniac de manière plus propre. »
Pour tester leur concept d’« usine terrestre », les chercheurs ont construit un système de réaction roche-eau simulant l’environnement souterrain de la Terre. Ils ont exposé des minéraux synthétiques riches en fer à de l’eau enrichie en azote, provoquant une réaction chimique qui a oxydé la roche et produit de l’ammoniac, baptisé « ammoniac géologique ». Ce procédé ne nécessite aucune énergie, ne produit pas de CO₂ et fonctionne même sous des conditions ambiantes.
En utilisant de l’olivine, une roche naturelle riche en fer, pour remplacer les minéraux synthétiques, ils ont optimisé le processus en ajoutant un catalyseur de cuivre et en augmentant la température à 300°C. En 21 heures, ils ont produit environ 1,8 kg d’ammoniac par tonne d’olivine, démontrant ainsi la faisabilité et la durabilité de leur méthode.
« Ces roches se trouvent partout dans le monde, donc la méthode pourrait être largement adaptée », a affirmé Abate. Cependant, l’application pratique présente des défis importants, notamment le forage dans les roches riches en fer, l’injection d’eau enrichie en azote, et la gestion des réactions complexes entre roches, gaz et liquides.
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Sur le plan économique, la production d’ammoniac géologique coûte environ 0,55 dollar par kilogramme, ce qui est comparable aux méthodes conventionnelles se situant entre 0,40 et 0,80 dollar. L’étude ouvre également de nouvelles voies pour traiter la pollution par les eaux usées.
« Les sources d’azote sont considérées comme des polluants dans les eaux usées, et leur élimination coûte de l’argent et de l’énergie », a souligné Yifan Gao du MIT. « Mais nous pourrions utiliser ces eaux usées pour produire de l’ammoniac. C’est une stratégie gagnant-gagnant. »
L’intégration du traitement des eaux usées avec la production d’ammoniac pourrait générer un profit supplémentaire de 3,82 dollars par kilogramme d’ammoniac.
« L’ammoniac est assez important pour la vie », a conclu Ju Li du MIT. En dehors des microbes, la seule autre manière naturelle de produire de l’ammoniac sur Terre est par la foudre frappant le gaz azote. « C’est pourquoi la production géologique d’ammoniac est particulièrement intéressante quand on réfléchit à l’origine de la vie. »
Article : ‘Geological Ammonia: Stimulated NH3 production from rocks’ / ( 10.1016/j.joule.2024.12.006 ) – Cell Press – Publication dans la revue Joule
