L’ammoniac : un vecteur d’énergie prometteur, mais quels sont les risques ?

L’ammoniac, un composant principal de nombreux engrais, pourrait jouer un rôle clé dans un système de carburant sans carbone en tant que moyen pratique de transporter et de stocker de l’hydrogène propre.

Une nouvelle recherche menée par l’Université de Princeton illustre que même si l’ammoniac n’est pas une source de pollution au carbone, son utilisation généralisée dans le secteur de l’énergie pourrait poser un grave risque pour le cycle de l’azote et le climat sans précautions d’ingénierie appropriées.

L’ammoniac : un potentiel énergétique à double tranchant

Une équipe interdisciplinaire de 12 chercheurs a découvert qu’une économie de l’ammoniac bien conçue pourrait aider le monde à atteindre ses objectifs de décarbonation et à assurer un avenir énergétique durable.

En revanche, une économie de l’ammoniac mal gérée pourrait augmenter les émissions de protoxyde d’azote (N2O), un gaz à effet de serre à longue durée de vie environ 300 fois plus puissant que le CO2 et un contributeur majeur à l’amincissement de la couche d’ozone stratosphérique.

Elle pourrait entraîner des émissions substantielles d’oxydes d’azote (NOx), une classe de polluants qui contribuent à la formation de smog et de pluie acide. Et elle pourrait fuir directement les émissions fugitives d’ammoniac dans l’environnement, formant également des polluants atmosphériques, affectant la qualité de l’eau et stressant les écosystèmes en perturbant le cycle mondial de l’azote.

Les chercheurs ont découvert que les impacts négatifs potentiels d’une économie de l’ammoniac peuvent être minimisés avec des pratiques d’ingénierie proactives. Ils ont soutenu que le moment est venu de commencer à se préparer sérieusement à une économie de l’ammoniac, en s’attaquant aux points d’achoppement potentiels du carburant à l’ammoniac avant son déploiement généralisé.

L’ammoniac : un vecteur d’énergie prometteur mais complexe

Alors que l’intérêt pour l’hydrogène en tant que carburant zéro carbone a augmenté, une réalité gênante est également apparue : il est notoirement difficile à stocker et à transporter sur de longues distances. L’ammoniac, en revanche, est beaucoup plus facile à liquéfier, à transporter et à stocker, capable d’être déplacé de manière similaire aux réservoirs de propane.

De plus, un processus établi pour convertir l’hydrogène en ammoniac existe depuis le début du 20e siècle. Connu sous le nom de processus Haber-Bosch, la réaction combine l’azote atmosphérique avec l’hydrogène pour former de l’ammoniac.

La synthèse de l’ammoniac est intrinsèquement énergivore, et les combustibles fossiles sans capture de CO2 sont actuellement utilisés pour répondre à presque toutes ses demandes de matières premières et d’énergie. Mais comme les chercheurs l’ont souligné dans leur article, si de nouveaux processus électriques actuellement en développement peuvent remplacer la synthèse conventionnelle de l’ammoniac dérivé des combustibles fossiles, alors le processus Haber-Bosch – ou un processus différent – pourrait être largement utilisé pour convertir l’hydrogène propre en ammoniac, qui peut lui-même être brûlé comme un carburant zéro carbone.

« Imaginez les problèmes que nous aurions pu éviter si nous avions connu les risques et les impacts environnementaux de la combustion des combustibles fossiles avant le début de la révolution industrielle« , a précisé le responsable de la recherche, Amilcare Porporato. « Avec l’économie de l’ammoniac, nous avons la possibilité de tirer les leçons de notre passé en matière d’émissions de carbone. Nous avons la possibilité de relever les défis que nous avons identifiés avant qu’ils ne deviennent un problème dans le monde réel.« 

En synthèse

L’ammoniac présente un potentiel énergétique significatif, mais son utilisation doit être soigneusement gérée pour éviter des conséquences environnementales indésirables. Les chercheurs soulignent que les défis identifiés sont solvables grâce à une ingénierie proactive. Ils insistent sur le fait que le moment est venu de commencer à se préparer sérieusement à une économie de l’ammoniac, en s’attaquant aux points d’achoppement potentiels du carburant à l’ammoniac avant son déploiement généralisé.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que l’ammoniac et pourquoi est-il important pour l’énergie ?

L’ammoniac est un composé chimique composé d’hydrogène et d’azote (NH3). Il est facile à liquéfier, à transporter et à stocker, ce qui en fait un moyen pratique de transporter et de stocker de l’hydrogène propre. De plus, l’ammoniac peut lui-même être brûlé comme un carburant zéro carbone.

2. Quels sont les risques potentiels de l’utilisation généralisée de l’ammoniac ?

Une utilisation généralisée de l’ammoniac dans le secteur de l’énergie pourrait perturber le cycle mondial de l’azote et poser un risque grave pour le climat sans précautions d’ingénierie appropriées. Cela pourrait augmenter les émissions de protoxyde d’azote (N2O), un gaz à effet de serre à longue durée de vie environ 300 fois plus puissant que le CO2 et un contributeur majeur à l’amincissement de la couche d’ozone stratosphérique. Cela pourrait également entraîner des émissions substantielles d’oxydes d’azote (NOx), une classe de polluants qui contribuent à la formation de smog et de pluie acide.

3. Comment peut-on minimiser les impacts négatifs d’une économie de l’ammoniac ?

Les impacts négatifs potentiels d’une économie de l’ammoniac peuvent être minimisés avec des pratiques d’ingénierie proactives. Par exemple, il existe des stratégies de combustion alternatives qui pourraient aider à minimiser les émissions indésirables de NOx et de N2O. De plus, plusieurs technologies existent déjà à l’échelle industrielle pour convertir les émissions indésirables de NOx de la combustion en N2 à travers un processus connu sous le nom de réduction catalytique sélective.

4. Qu’est-ce que le processus Haber-Bosch et comment est-il lié à l’ammoniac ?

Le processus Haber-Bosch est un processus établi pour convertir l’hydrogène en ammoniac. Il a été développé au début du 20e siècle et combine l’azote atmosphérique avec l’hydrogène pour former de l’ammoniac. Bien que le processus ait été initialement développé pour transformer l’azote atmosphérique en ammoniac pour une utilisation dans les engrais, les produits de nettoyage et même les explosifs, le secteur de l’énergie a envisagé le processus Haber-Bosch comme un moyen de stocker et de transporter le carburant à l’hydrogène sous forme d’ammoniac.

5. Qu’est-ce que la « fissuration » de l’ammoniac ?

La fissuration de l’ammoniac est un processus qui consiste à diviser partiellement ou totalement l’ammoniac en hydrogène et en azote atmosphérique. Ce processus pourrait aider à rendre la composition du carburant plus favorable à la combustion ou même à contourner les préoccupations environnementales de la combustion de l’ammoniac en régénérant le carburant à l’hydrogène au point d’utilisation.

Principaux enseignements

Références

Les informations de cet article sont basées sur une recherche menée par une équipe interdisciplinaire de 12 chercheurs de l’Université de Princeton. Les résultats de leur recherche ont été publiés dans PNAS.

L’article, intitulé « Minimizing the Impacts of the Ammonia Economy on the Nitrogen Cycle and Climate » (Minimiser les effets de l’économie de l’ammoniac sur le cycle de l’azote et le climat), a été publié dans PNAS. Outre Porporato, Bertagni, Mueller, Socolow et Carter, les coauteurs sont J. Mark P. Martirez du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL), Chris Greig, Yiguang Ju, Sankaran Sundaresan, Mark Zondlo et Rui Wang de l’université de Princeton, et Tim Lieuwen de l’Institut de technologie de Géorgie. La recherche a été soutenue par le ministère américain de l’énergie, la National Science Foundation, l’initiative d’atténuation des émissions de carbone financée par BP à l’université de Princeton et la Fondation Moore.

Article : « Minimizing the Impacts of the Ammonia Economy on the Nitrogen Cycle and Climate » – DOI: 10.1073/pnas.2311728120