Des innovations dans la production d’ammoniac «vert»
L’ammoniac est considéré comme le «combustible ver» le moins coûteux, et le secteur du transport maritime envisage de l’utiliser pour décarboniser sa flotte. L’ammoniac vert peut être produit dans des usines Haber-Bosch (HB) alimentées par des énergies renouvelables. Le procédé HB convertit l’azote atmosphérique en ammoniac par réaction de l’hydrogène avec du fer métallique. Bien qu’énergétiquement efficace, le procédé HB n’est rentable qu’à très grande échelle. Le procédé n’est pas adapté à une production de petite taille.
Production décentralisée d’ammoniac à petite échelle
«Dans le cadre de ce projet, nous avons cherché a nous éloigner des grandes usines centralisées d’ammoniac qui consomment beaucoup d’énergie et émettent beaucoup de CO2 au profit d’installations de production d’ammoniac décentralisées à plus petite échelle», explique Emil Drazevic, coordinateur du projet ORACLE, de l’université d’Aarhus, au Danemark. «Pour être réellement renouvelable, l’électricité utilisée doit également être produite à partir de sources renouvelables telles que des éoliennes et des cellules solaires photovoltaïques.» L’idée est qu’un modèle décentralisé de production d’ammoniac pourrait aider les petits utilisateurs à utiliser l’ammoniac comme combustible renouvelable, peut-être pour alimenter des équipements et fournir du chauffage, le tout sans produire de CO2.
Approches plasma, électrocatalytique et catalytique
Pour démontrer la faisabilité d’une production d’ammoniac «vert», le projet ORACLE a réuni huit partenaires, dont deux centres de recherche japonais. «Ce projet était également exceptionnellement complexe car nous voulions tester non pas une mais trois technologies distinctes», explique Emil Drazevic. «Il s’est agi d’une approche basée sur le plasma, d’une approche électrocatalytique et d’une approche purement catalytique.» Nous avons construits de petits prototypes de réacteurs pour synthétiser l’ammoniac en utilisant les trois approches. Cette expérimentation nous a permis de dégager un certain nombre de renseignements clés. L’approche catalytique par exemple (le procédé HB), qui produit de la chaleur de la même manière qu’une plaque à induction, s’est avérée très efficace. Les réacteurs à plasma et électrocatalytiques ont également dépassé les attentes en matière de production, mais ont affiché une moindre efficacité énergétique et plus grande consommation énergétique. «L’un des principaux enseignements que nous en avons retirés est que, outre la source de plasma, la géométrie du réacteur plasma doit être adaptée afin de réduire la consommation d’énergie», ajoute Emil Drazevic. «Nous avons également appris que la consommation d’énergie de l’approche électrocatalytique est liée à la présence de lithium, un facteur qui peut être modifié.»
Une stratégie viable pour «verdir» la production d’ammoniac
Le projet ORACLE a pu démontrer qu’une production renouvelable d’ammoniac est techniquement réalisable et a contribué à identifier de potentielles pistes pour affiner la technologie. «Nous avons dépassé tous nos objectifs en termes d’efficacité de la réaction», souligne Emil Drazevic. «Nous devons maintenant faire en sorte de réduire la consommation d’énergie.» Il s’agit probablement d’un axe clé pour la poursuite des recherches. Un autre succès important a été la démonstration de la viabilité d’une approche décentralisée pour écologiser la production d’ammoniac. «Les usines d’ammoniac centralisées exigent un investissement initial considérable», explique Emil Drazevic. «Diviser la production entre plusieurs petites usines peut contribuer à répartir la charge des coûts et à accélérer la transition énergétique.» En effet, pour que l’ammoniac devienne un combustible d’avenir, le secteur doit se donner les moyens de se décarboniser. La production d’ammoniac consomme chaque année environ 1,8 % de la production mondiale d’énergie et génère par conséquent environ 500 millions de tonnes de CO2. Le projet ORACLE a démontré que les solutions technologiques pour relever ces défis progressent et que les approches décentralisées pourraient s’avérer une alternative rentable. Les chercheurs ont identifié des synergies entre les trois approches et entendent les exploiter dans un avenir proche.
Mots‑clés
ORACLE, ammoniac, combustible, renouvelable, carbone, turbines, photovoltaïque
