Un nouveau système solaire convertit le nitrate des eaux usées en ammoniac de grande valeur
Une équipe de recherche affiliée à l'UNIST a dévoilé une technologie révolutionnaire qui transforme les nitrates présents dans les eaux usées en Ammoniac, un produit chimique vital et un vecteur d'énergie prometteur, sans émissions de carbone. Cette avancée offre non seulement une méthode durable de production d'ammoniac, mais contribue également aux efforts de purification des eaux usées.
Dirigée conjointement par les professeurs Kwanyong Seo et Ji-Wook Jang de l'école de chimie énergétique de l'UNIST, l'équipe de recherche a annoncé qu'elle avait réussi à mettre au point un système photoélectrochimique (PEC) alimenté par l'énergie solaire et capable de convertir les nitrates polluants en ammoniac dans des conditions ambiantes.
L'ammoniac est un produit chimique essentiel utilisé dans le monde entier dans l'agriculture et l'industrie, avec une consommation annuelle dépassant les 150 millions de tonnes. Sa forte teneur en hydrogène en fait également un candidat prometteur pour les solutions de stockage d'énergie et de transport de la prochaine génération. Cependant, la méthode industrielle dominante - le procédé Haber-Bosch - repose fortement sur des conditions de haute température et de haute pression, ce qui entraîne d'importantes émissions de gaz à effet de serre.
Leur système PEC innovant utilise la lumière du soleil pour réduire les nitrates sans nécessiter d'énergie électrique externe, en utilisant les eaux usées comme matière première. Les nitrates, lorsqu'ils sont présents à des concentrations élevées, présentent des risques pour la santé tels que la méthémoglobinémie et les cancers gastriques. La nouvelle technologie réduit sélectivement les nitrates en ammoniac, ce qui permet de lutter efficacement contre la pollution de l'eau et d'assurer une synthèse durable de l'ammoniac.
Le système comprend une photocathode à base de silicium associée à un catalyseur en feuille de nickel. La lumière du soleil excite le silicium, générant des électrons qui sont ensuite canalisés par le catalyseur en nickel pour réduire les nitrates en ammoniac. Une innovation clé réside dans la formation d'une fine couche d'hydroxyde de nickel (Ni(OH)₂) sur la surface du catalyseur pendant son fonctionnement, qui supprime les réactions concurrentes telles que l'évolution de l'hydrogène et améliore la sélectivité de la production d'ammoniac.
Ce mécanisme a été confirmé par des expériences approfondies et des calculs de mécanique quantique. Le professeur Suthsu Ryu, du département de physique de l'UNIST, a démontré, à l'aide de simulations de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), que Ni(OH)₂ offre des sites actifs qui favorisent la réduction des nitrates en ammoniac, abaissant ainsi les barrières énergétiques impliquées.
Fait remarquable, le système a atteint un taux de production d'ammoniac record de 554 microgrammes par centimètre carré par heure sans aucun biais externe, surpassant de plus de 50 % les technologies précédentes. Le système a maintenu ses performances sur une plus grande échelle de 25 cm², ce qui indique un potentiel prometteur pour une application dans le monde réel.
Le professeur Seo a souligné que "la conversion des nitrates polluants en ammoniac permet non seulement de purifier l'eau, mais aussi de contribuer à la neutralité carbone. Notre objectif est de mettre au point des dispositifs PEC pratiques et à grande échelle capables de produire de l'ammoniac à l'extérieur, en utilisant directement la lumière du soleil et les eaux usées comme ressources".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Wonjoo Jin, Hyunju Go, Juyeon Jeong, “Nickel Hydroxide Catalyzed Bias-free Photoelectrochemical NH3 Production via Nitrate Reduction,” Adv., Mat., (2025).
Autres actualités du département science
