Engrais minéraux climatiquement neutres : comment ça marche ?

Engrais minéraux climatiquement neutres : comment ça marche ?

Karl Bockholt, AGRARHEUTE*

© agrarfoto

Fertilisation minérale au printemps : depuis environ 100 ans, l'ammoniac est produit par le procédé Haber-Bosch à partir d'azote, le principal composant de l'air, et d'hydrogène. Pour que l'ammoniac puisse être produit en grandes quantités, il faut jusqu'à présent procéder à des changements de température coûteux qui nécessitent beaucoup d'énergie. Pour cela, des sources d'énergie alternatives sont étudiées.

L'ammoniac utilisé comme engrais nécessite une énergie coûteuse pour sa production. Peut-on le faire de manière plus durable ? Même à l'avenir sans Haber-Bosch ?

La production d'ammoniac pour les engrais azotés (N) représente environ un pour cent des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Les scientifiques veulent réduire cette part. En effet, les engrais à base de nitrate verts sont une étape importante sur la voie d'une agriculture climatiquement neutre.

Une substance contenant du cuivre devrait y contribuer, ont récemment rapporté des chimistes de l'université américaine californienne de Berkeley, près de San Francisco, dans la revue Nature. Ils ne veulent plus liquéfier le gaz ammoniac à grands frais, mais l'extraire du mélange d'air à l'aide d'une substance poreuse.

Le procédé Haber-Bosch, gourmand en énergie, sera-t-il à l'avenir dépassé pour les engrais minéraux respectueux du climat ?

Depuis plus de 100 ans, l'ammoniac est produit par le procédé Haber-Bosch à partir d'azote, le principal composant de l'air, et d'hydrogène. Jusqu'à présent, ce procédé nécessitait des changements de température coûteux, qui demandent beaucoup d'énergie.

Le procédé utilise généralement du méthane comme combustible et comme matière première pour l'hydrogène. Toutefois, les stratégies utilisant de l'hydrogène renouvelable ne sont généralement pas compatibles avec les méthodes actuelles de séparation de l'ammoniac.

Jusqu'à présent, les réactions nécessitent des températures allant jusqu'à 500 °C. L'ammoniac est séparé du mélange gazeux à des températures pouvant atteindre -20 °C. Ainsi refroidi, il devient liquide. Le chauffage est certes souvent couvert par la chaleur résiduelle, mais le refroidissement nécessite une grande quantité d'énergie coûteuse.

Des structures organométalliques permettront-elles à l'avenir d'économiser beaucoup d'énergie pour des engrais minéraux neutres pour le climat ?

À l'avenir, les chimistes ne veulent plus liquéfier à grands frais le gaz ammoniac, mais l'extraire du mélange d'air à l'aide d'une substance poreuse. Pour ce faire, ils utilisent une pelote de chaînes de molécules d'hydrocarbures contenant du cuivre. Ces composés dits de structure organométallique (metal-organic frameworks ou MOF) doivent pouvoir absorber de grandes quantités d'ammoniac.

En raison de leur grande surface et de leur polyvalence structurelle et chimique, ils seraient prometteurs pour la séparation de l'ammoniac. Cependant, la plupart des MOF fixent l'ammoniac de manière irréversible. Ou bien ils se décomposent lorsqu'ils sont exposés à ce gaz corrosif, expliquent les chercheurs. Néanmoins, ils souhaitent développer des moyens de production d'ammoniac plus efficaces sur le plan énergétique.

Pourquoi de nouveaux progrès sont-ils nécessaires en matière d'adsorbants et de catalyseurs ?

Toutefois, selon le Süddeutsche Zeitung (SZ), cela nécessite de nouveaux progrès dans le domaine des adsorbants et des catalyseurs plus efficaces pour la production d'ammoniac et d'hydrogène. Les tests en laboratoire ne seraient qu'un début.

Selon le SZ, la « structure tridimensionnelle poreuse » au niveau moléculaire change de structure « comme un paquet de ficelles qui se démêlent ». Si l'ammoniac est libéré et recueilli, les chaînes moléculaires se rassemblent à nouveau en une pelote.

La variante MOF est particulièrement stable et peu gourmande en énergie lorsque de l'ammoniac est libéré. Selon une étude, le processus fonctionne à une pression modérée et à des températures de 175 °C environ.

Pourquoi la plus grande part de l'empreinte carbone est-elle imputable à la substance de départ, l'hydrogène ?

La part de loin la plus importante de l'empreinte carbone de la production d'ammoniac est toutefois imputable à la substance de départ, l'hydrogène, qui est jusqu'à présent encore le plus souvent obtenu à partir de matières premières fossiles comme le gaz naturel. Pour une production durable d'engrais, il peut par exemple être produit par

• l'électrolyse de l'eau, et

• avec de l'électricité issue d'énergies renouvelables, comme l'énergie éolienne, solaire ou hydraulique.

Que fait la recherche pour réussir la synthèse de l'ammoniac avec des énergies alternatives ?

Les scientifiques travaillent sur de nouveaux catalyseurs pour la production d'hydrogène. La synthèse de l'ammoniac devrait à l'avenir être assurée par des sources d'énergie verte. L'objectif de la recherche est de produire des engrais minéraux écologiques avec une production d'ammoniac neutre pour le climat dans des installations décentralisées de petite taille.

ThyssenKrupp Uhde à Dortmund, par exemple, propose déjà de petites installations pour la synthèse de l'ammoniac avec une empreinte carbone réduite pour des engrais minéraux respectueux du climat. Le groupe mise sur le stockage chimique de l'hydrogène comme source d'énergie alternative.

Avec du matériel de Nature, SZ

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* Karl Bockholt est rédacteur cross-média chez AGRARHEUTE, responsable des grandes cultures et des prairies. Il travaille depuis plus de 30 ans au Deutscher Landwirtschaftsverlag (dlv), après avoir travaillé pour Feld & Wald (Girardet) et agrar-praxis (Konradin). Agriculteur et ingénieur diplômé, il gère sa ferme dans le Münsterland en tant qu'activité secondaire. Il est cavalier, chasseur et amoureux de la nature.

Source : Klimaneutraler Mineraldünger: Wie geht das? | agrarheute.com

Ma note : Le mot « nucléaire » est évidemment tabou en Allemagne...