Une nouvelle méthode pour la synthèse de l'ammoniac a démontré une augmentation de 5,6 fois le rendement, offrant une alternative prometteuse aux processus de production traditionnels à forte intensité de carbone. La recherche est publiée en ligne dans Communications de la nature.
Cet avancement tire parti du nitrure de silicium (SI3N4), un matériau qui peut provenir des déchets de panneaux solaires recyclés, mettant en évidence son potentiel pour transcender les limites des méthodes basées sur les combustibles fossiles et contribuer à la gestion durable des ressources.
Dirigée par le professeur Jong-Beom Baek de la School of Energy and Chemical Engineering à UNIST, l'équipe de recherche a annoncé qu'elle a réussi à améliorer l'efficacité de la synthèse mécanochimique de l'ammoniac par l'ajout de nitrure de silicium.
L'ammoniac est un composé vital dans l'agriculture mondiale, sous-tend la production d'engrais qui nourrit environ la moitié de la population mondiale. Au-delà de son importance agricole, l'ammoniac est de plus en plus reconnu comme un transporteur de carburant propre, en particulier pour le stockage et le transport de l'hydrogène, augmentant sa demande future.
Cependant, la production actuelle de l'ammoniac repose sur le processus de Haber-Bosch, centenaire, qui nécessite des températures élevées supérieures à 400 ° C et des pressions sur 200 atmosphères – des conditions qui consomment de grandes quantités d'énergie et contribuent plus de 2% des émissions de dioxyde de carbone mondial.
En réponse, les chercheurs se tournent vers la synthèse mécanochimique de l'ammoniac comme alternative durable. Ce processus implique le roulement de boules en acier dans un récipient scellé pour induire des collisions entre l'azote (n2) et l'hydrogène (h2) Molécules sur les surfaces catalytiques, favorisant les réactions à des températures et des pressions significativement plus faibles.
Cette méthode réduit non seulement la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre, mais est également bien adaptée à une production décentralisée à petite échelle – allant la fabrication directe d'ammoniac dans les fermes et les sites locaux où il est le plus nécessaire.
Dans leur dernière étude, l'équipe a incorporé une petite quantité de nitrure de silicium dans le processus, entraînant une augmentation de 5,6 fois du rendement en ammoniac par rapport aux méthodes conventionnelles. Les analyses ont révélé que le nitrure de silicium induit des défauts de haute densité sur la surface du catalyseur du fer, facilitant efficacement la dissociation des molécules d'azote dans l'azote atomique et leur hydrogénation ultérieure.
Le nitrure de silicium est connu pour sa résistance exceptionnelle à l'impact, à la corrosion chimique et à la chaleur, permettant des performances catalytiques à long terme. Surtout, il peut être produit à partir de matériaux de silicium recyclés récupérés à partir de panneaux solaires de fin de vie, en fonction des objectifs durables de l'énergie et du recyclage des ressources.
Selon l'Agence internationale de l'énergie, plus de 49 millions de tonnes de déchets de panneaux solaires sont attendus à l'échelle mondiale d'ici 2050, soulignant l'importance de la récupération des ressources à partir des déchets d'énergie renouvelable.
Le professeur Baek a commenté: « Cette technologie améliore considérablement l'efficacité de la production d'ammoniac dans des conditions à basse température et à basse pression, contribuant à la fabrication décentralisée. De plus, car il utilise les déchets de panneaux solaires recyclés, il traite à la fois de la décarbonisation et de la circularité des ressources, ce qui en fait une solution complète pour la production d'ammonia durable. »
