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L'ammoniac est l'un des composés les plus produits au monde et est largement utilisé dans des domaines tels que les engrais, la synthèse chimique et le stockage d'énergie. La demande mondiale en ammoniac atteint 180 millions de tonnes par an. En raison de la température et de la pression élevées utilisées dans le processus de production et de l’utilisation intensive de l’hydrogène comme matière première, la production d’ammoniac contribue à 1,4 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone et consomme 2 % de l’énergie mondiale chaque année. Dans le même temps, le ruissellement des nitrates provenant des processus agricoles et industriels peut contaminer les ressources en eau.

Comment résoudre le problème de la forte consommation d’énergie et de la production non verte d’ammoniac ? Le dernier numéro de "Nature Catalysis" rapporte une nouvelle méthode électrochimique de production d'ammoniac, qui peut convertir les eaux usées contenant des nitrates en ammoniac et en eau purifiée. On peut dire qu'elle fait d'une pierre deux coups.

La production d'ammoniac repose désormais principalement sur le procédé Haber-Bosch. La solution d'ammoniac produite doit atteindre une concentration très élevée après avoir été mélangée à un électrolyte de support (sel), qui est ensuite séparé pour obtenir le produit ammoniac. L'équipe du professeur Wang Haotian de l'Université Rice aux États-Unis a conçu un dispositif électrochimique à trois chambres capable de convertir les eaux usées en ammoniac et en eau purifiée. Ces eaux usées sont introduites dans l'appareil et s'écoulent à travers une couche d'électrolyte solide poreuse, convertissant la solution de nitrate en eau et en ammoniac gazeux. Les contaminants nitrates sont éliminés de l’eau tandis que l’ammoniac gazeux est produit, éliminant ainsi le besoin d’étapes de purification supplémentaires.

Le processus est efficace et produit de l'eau purifiée et de l'ammoniac à des concentrations de nitrate courantes dans les eaux usées industrielles (2 000 parties par million, 2 000 ppm) sans avoir besoin d'électrolytes de support supplémentaires.

L'équipe de recherche a également mené une évaluation technico-économique (TEA) de cette technologie, qui a montré que même si le coût actuel de la synthèse électrochimique de l'ammoniac est encore plus élevé que celui du procédé Haber-Bosch traditionnel, lorsque les bénéfices potentiels du traitement des eaux usées nitrates sont prise en compte, cette technologie One présente des avantages concurrentiels évidents. "Notre technologie offre de nouvelles possibilités pour la synthèse verte de l'ammoniac et contribue à équilibrer le cycle mondial de l'azote", a souligné le professeur Wang Haotian.

L'équipe de recherche estime que le dispositif innovant actuel de production d'ammoniac peut permettre de produire de l'ammoniac de manière plus respectueuse de l'environnement et de faciliter le traitement des eaux usées. Ils ont également mentionné que ces expériences étaient basées sur un environnement de laboratoire et que des recherches futures sont nécessaires pour évaluer l'applicabilité de ces dispositifs dans des contextes réels.