L’ammoniac, un vecteur d’avenir pour le transport de l’hydrogène vert

L’hydrogène vert s’impose comme un vecteur énergétique d’avenir, mais son transport pose des défis logistiques majeurs. La conversion de l’hydrogène en ammoniac, plus aisément transportable, apparaît comme une solution potentielle. Néanmoins, cette approche requiert des catalyseurs performants pour décomposer l’ammoniac en ses éléments constitutifs. Une équipe internationale de chercheurs a récemment fait progresser notre compréhension du fonctionnement d’un catalyseur au fer dans ce processus essentiel.

Une équipe internationale de recherche a obtenu de nouvelles informations sur le mode de fonctionnement d’un catalyseur au fer utilisé pour scinder l’ammoniac en azote et hydrogène. L’hydrogène est converti en ammoniac pour faciliter le transport de ce vecteur énergétique. Par conséquent, des catalyseurs capables de décomposer ultérieurement l’ammoniac en ses matériaux de départ sont nécessaires.

Les chercheurs de l’Université de la Ruhr à Bochum, de l’Institut Max Planck pour la conversion de l’énergie chimique (MPI CEC) à Mülheim an der Ruhr, de l’Université technique de Berlin et de l’Institut italien de technologie à Gênes ont décrit en détail le fonctionnement du catalyseur au fer permettant cette réaction.

Le défi du transport de l’hydrogène

L’hydrogène vert est considéré comme un vecteur énergétique prometteur. Sa production peut être réalisée par électrolyse de l’eau en utilisant l’énergie éolienne ou solaire. Cependant, les lieux où l’hydrogène est nécessaire n’offrent pas toujours les conditions adéquates pour l’électrolyse de l’eau. Le transport de l’hydrogène nécessite sa liquéfaction, possible uniquement à des températures extrêmement basses.

La conversion de l’hydrogène en ammoniac, liquéfiable à des températures beaucoup plus élevées, est donc considérée comme une alternative attrayante. «De plus, l’industrie chimique dispose déjà d’une infrastructure établie pour la manipulation de l’ammoniac.» a déclaré le professeur Martin Muhler, directeur du Laboratoire de chimie industrielle à Bochum et chercheur associé au MPI CEC.

Des catalyseurs efficaces sont nécessaires pour décomposer l’ammoniac (NH3) en ses composés de départ, l’azote (N2) et l’hydrogène (H2). Le problème réside dans le fait que les catalyseurs au fer conventionnels facilitent généralement une réaction indésirable formant du nitrure de fer au lieu de l’azote. Dans l’étude actuelle, les chercheurs ont démontré précisément comment cette réaction secondaire se produit.

L’équipe a testé la décomposition de l’ammoniac en utilisant un catalyseur de dernière génération fourni par Clariant. Les expériences pertinentes ont été menées par le Dr Maximilian Purcel, Astrid Müller et le professeur Martin Muhler de l’Université de la Ruhr à Bochum et du MPI CEC.

Une approche multidisciplinaire pour des résultats affinés

Les résultats ont été affinés grâce à des simulations complexes de dynamique moléculaire, soutenues par l’apprentissage automatique, réalisées par l’institut partenaire italien. L’équipe de l’Université technique de Berlin a réussi à identifier les nitrures de fer formés dans les conditions de réaction en utilisant la diffraction des rayons X et a suivi leurs transformations.

Le professeur Muhler a conclu : «Nos découvertes peuvent être utilisées pour développer des catalyseurs plus efficaces pour la décomposition de l’ammoniac à l’avenir.» Il a ajouté : « La synthèse et la décomposition de l’ammoniac ont une longue histoire. Nous citons des publications scientifiques datant des 100 dernières années. » Parmi ces travaux figurent ceux du directeur de thèse de Martin Muhler, Gerhard Ertl, qui a reçu le prix Nobel pour ses recherches en 2007.

Légende illustration : Maximilian Purcel (à gauche) et Martin Muhler © RUB, Marquard

Article : ‘Iron Nitride Formation and Decomposition during Ammonia Decomposition over a Wustite-Based Bulk Iron Catalyst’ / ( 10.1021/acscatal.4c04415 ) – Ruhr-University Bochum – Publication dans la revue ACS Catalysis