Des chercheurs ont mis au point une méthode innovante pour transformer le nitrate, un polluant courant de l’eau, en ressource précieuse d’ammoniaque, tout en réduisant l’impact environnemental.
La pollution engendrée par une économie mondiale en plein essor présente de nombreux risques pour la santé humaine.
Des chercheurs de l’Université de Technologie de Zhongyuan ont proposé une nouvelle voie pour convertir efficacement le nitrate, un polluant répandu dans l’eau, en ammoniaque de valeur.
Dans leur étude récemment publiée, l’équipe a décrit un procédé inédit pour convertir le nitrate en ammoniaque en utilisant un polyoxométalate dopé au métal comme catalyseur dans des conditions opératoires douces.
Le potentiel de l’ammoniaque
L’ammoniaque est un produit chimique industriel synthétique majeur utilisé dans le monde entier. Il est présent dans de nombreux domaines, possède une très haute densité énergétique et est facile à liquéfier et à transporter.
Le procédé Haber-Bosch, vieux d’un siècle, convertit l’azote atmosphérique en ammoniaque en réagissant avec l’hydrogène en utilisant un catalyseur à base de fer sous des températures et des pressions élevées. Les pressions et températures nécessaires pour ce procédé consomment en revanche de grandes quantités d’énergie et produisent d’énormes émissions de gaz à effet de serre.
« Nous devrions trouver des méthodes de réduction de l’azote en ammoniaque à haute efficacité et respectueuses de l’environnement dans des conditions douces », a déclaré Zhihui Ni, auteur de l’étude et chercheur à l’Université de Technologie de Zhongyuan.
Une alternative prometteuse
Au cours des dernières années, les scientifiques ont développé plusieurs techniques de réduction douce de l’azote en alternative au procédé Haber-Bosch, notamment l’électrocatalyse, la photocatalyse et les piles à combustible microbiennes.
Parmi celles-ci, la réaction de réduction électrochimique du nitrate est une voie de synthèse alternative prometteuse pour la production durable d’ammoniaque, car elle élimine non seulement le nitrate de l’eau, mais produit également de l’ammoniaque dans des conditions opératoires douces.
Sur cette base, l’équipe de recherche a synthétisé deux polyoxométalates dopés au nickel (POM), une classe de clusters métal-oxyde aux propriétés physicochimiques uniques qui les rendent particulièrement efficaces pour utiliser l’énergie électrique pour entraîner une réaction chimique.
Des résultats encourageants
Les résultats montrent une réduction électrochimique catalytique de l’azote en ammoniaque à haute efficacité.
« Cette découverte crée une nouvelle voie pour la fabrication d’électrocatalyseurs de réaction de réduction électrochimique du nitrate hautement efficaces en utilisant un polyoxométalate dopé au métal comme catalyseur dans des conditions ambiantes », a conclu Zhihui Ni. « Les résultats de la recherche offrent des conseils pratiques pour créer des électrocatalyseurs efficaces. »
En synthèse
La méthode développée par ces chercheurs ouvre le chemin à une conversion plus efficace et respectueuse de l’environnement du nitrate en ammoniaque. Cette approche innovante pourrait contribuer à réduire la pollution de l’eau tout en produisant une ressource précieuse pour l’industrie.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le nitrate ?
Le nitrate est un composé chimique présent naturellement dans l’environnement, mais sa concentration peut augmenter en raison de l’activité humaine, notamment l’agriculture et l’industrie. Il est considéré comme un polluant de l’eau lorsqu’il atteint des niveaux élevés.
Pourquoi l’ammoniaque est-elle importante ?
L’ammoniaque est un produit chimique industriel majeur utilisé dans de nombreux domaines, notamment la production d’engrais, de produits de nettoyage et de réfrigérants. Elle possède une haute densité énergétique et est facile à liquéfier et à transporter.
Qu’est-ce que le procédé Haber-Bosch ?
Le procédé Haber-Bosch est une méthode centenaire qui convertit l’azote atmosphérique en ammoniaque en réagissant avec l’hydrogène en utilisant un catalyseur à base de fer sous des températures et des pressions élevées. Il est largement utilisé pour la production d’ammoniaque, mais présente des inconvénients environnementaux.
Quelle est l’alternative proposée par les chercheurs ?
Les chercheurs ont développé une méthode de réduction électrochimique du nitrate en ammoniaque en utilisant des polyoxométalates dopés au métal comme catalyseurs. Cette approche permet de convertir le nitrate en ammoniaque dans des conditions opératoires douces, réduisant ainsi l’impact environnemental.
Quelles sont les prochaines étapes pour cette recherche ?
L’équipe de recherche prévoit d’explorer davantage cette méthode pour créer des électrocatalyseurs efficaces et d’étudier les possibilités d’application à grande échelle dans le traitement de l’eau et la production d’ammoniaque.
Références
Ni, Z., et al. (2023). Efficient electrochemical nitrate reduction to ammonia over metal-added polyoxometalate electrocatalysts under ambient conditions. Polyoxometalates.
Article : « Hexanuclear nickel-added silicotungstates as high-efficiency electrocatalysts for nitrate reduction to ammonia » – DOI: 10.26599/POM.2023.9140044
