Des scientifiques aux USA ont réussi à transformer l’air en engrais sans laisser d’empreinte carbone. Cette découverte pourrait offrir une solution très attendue pour atteindre les objectifs mondiaux de neutralité carbone d’ici 2050.
Dans une étude, les chercheurs décrivent un processus électrochimique durable pour produire de l’ammoniac, un ingrédient clé des engrais azotés.
En utilisant la diffusion des neutrons, ils ont étudié comment le cyclage d’un courant électrique lors de la conversion de l’azote en ammoniac, également connu sous le nom de réaction de réduction de l’azote, augmente la production d’ammoniac. Ce procédé pourrait permettre aux agriculteurs de convertir l’azote, l’élément le plus abondant dans notre atmosphère, en engrais à base d’ammoniac sans émettre de dioxyde de carbone.
Sarah Blair, ancienne doctorante au Centre de science et de catalyse des interfaces de Stanford et actuellement chercheuse postdoctorale au National Renewable Energy Laboratory du Colorado, a déclaré : « L’ammoniac est essentiel pour l’approvisionnement alimentaire de la majorité de la population mondiale. À mesure que la population mondiale continue de croître, nous avons besoin de moyens durables pour produire des engrais, surtout à mesure que le réchauffement s’intensifie. »
Réduire les émissions de CO2 liées à la production d’ammoniac
Les engrais industriels permettent aux agriculteurs de produire plus de nourriture sur moins de terres. Le procédé Haber-Bosch, utilisé depuis plus d’un siècle pour créer de l’ammoniac industriel, représente près de 2% de toutes les émissions de dioxyde de carbone en raison des combustibles fossiles qu’il nécessite. Ce procédé produit environ 500 millions de tonnes de CO2 chaque année, ce qui nécessiterait l’équivalent de presque toutes les terres fédérales des États-Unis pour absorber et stocker ce CO2.
Les résultats de cette étude pourraient également aider les scientifiques à comprendre d’autres procédés de production d’ammoniac neutre en carbone pour d’autres applications, comme le recyclage ou la récupération des engrais avant qu’ils n’atteignent les cours d’eau, et la production d’ammoniac dans les ports pour alimenter les navires.
Le transport maritime mondial représente 3% des émissions mondiales de CO2, et la combustion des combustibles fossiles est la principale source de CO2 d’origine humaine.
Technique de neutron pour étudier les réactions électrochimiques
Blair et Mat Doucet, un scientifique senior en diffusion des neutrons à l’ORNL, ont mené leurs expériences de neutrons sur l’instrument Liquids Reflectometer de la Spallation Neutron Source. Leur objectif était de comprendre l’effet du cyclage d’un courant électrique sur la formation de l’interface solide-électrolyte (SEI) dans un système de réaction de réduction de l’azote produisant de l’ammoniac en utilisant du lithium comme médiateur.
Comprendre la formation de la SEI est essentiel non seulement pour dévoiler la science derrière la production électrochimique d’ammoniac, mais aussi pour produire de meilleures batteries. L’étude marque également la première utilisation de techniques à base de neutrons pour observer la formation d’une couche SEI lors de cette conversion électrochimique particulière.
De plus, une nouvelle technique de neutron unique, la réflectométrie à résolution temporelle, est apparue lors de cette étude. Cette technique permet aux scientifiques de découper les données de neutrons en tranches de quelques secondes, capturant ainsi plus de détails, à la manière d’un film image par image.
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Initialement, Blair et Doucet pensaient que les changements électrochimiques qu’ils observaient se produisaient progressivement. Cependant, grâce à cette nouvelle technique, ils ont découvert que ces changements se produisaient en intervalles de temps beaucoup plus courts.
En synthèse
La découverte d’un processus électrochimique durable pour produire de l’ammoniac à partir de l’air sans laisser d’empreinte carbone pourrait contribuer à atteindre les objectifs mondiaux de neutralité carbone d’ici 2050. Cette avancée pourrait également ouvrir la voie à d’autres applications de l’ammoniac neutre en carbone et à de meilleures batteries.
Pour une meilleure compréhension
Quel est l’objectif de cette recherche ?
Le but de cette recherche est de développer un processus électrochimique durable pour produire de l’ammoniac à partir de l’air sans laisser d’empreinte carbone, afin de contribuer à atteindre les objectifs mondiaux de neutralité carbone d’ici 2050.
Quel est le rôle de l’ammoniac dans cette étude ?
L’ammoniac est un ingrédient clé des engrais azotés et est essentiel pour l’approvisionnement alimentaire de la majorité de la population mondiale. La production d’ammoniac neutre en carbone pourrait aider à réduire les émissions de CO2 liées à la production d’engrais.
Quelle est la nouvelle technique de neutron développée lors de cette étude ?
La réflectométrie à résolution temporelle est une nouvelle technique de neutron qui permet de découper les données de neutrons en tranches de quelques secondes, capturant ainsi plus de détails et permettant d’étudier les réactions électrochimiques de manière plus précise.
Quelles sont les autres applications possibles de cette recherche ?
Les résultats de cette étude pourraient aider à développer d’autres procédés de production d’ammoniac neutre en carbone pour des applications telles que le recyclage des engrais, la récupération des engrais avant qu’ils n’atteignent les cours d’eau et la production d’ammoniac pour alimenter les navires.
Quelle est l’importance de la formation de l’interface solide-électrolyte (SEI) ?
Comprendre la formation de la SEI est essentiel pour dévoiler la science derrière la production électrochimique d’ammoniac et pour produire de meilleures batteries.
Références
Légende illustration principale : Mat Doucet, à gauche, de l’Oak Ridge National Laboratory et Sarah Blair du National Renewable Energy Lab ont utilisé des neutrons pour comprendre une méthode électrochimique de production d’ammoniac. Crédit : Genevieve Martin/ORNL, U.S. Dept. of Energy
Article : « Neutrons score electrochemical win for carbon-neutral ammonia » – 10.1039/D2EE03694K
