Extraire l'engrais de l'air et de l'eau
L'électrolyse pulsée ouvre la voie à la production durable de composés azotés tels que l'ammoniac et l'urée
Les Engrais à base d'azote sont essentiels pour l'agriculture moderne, et des composés comme l'Ammoniac et l'urée sont également largement utilisés dans l'industrie. Cependant, leur production et leur utilisation conventionnelles posent des problèmes environnementaux majeurs. La synthèse industrielle de l'ammoniac par le procédé Haber-Bosch consomme de grandes quantités d'énergie, tandis que le ruissellement excessif des engrais contamine le sol et l'eau. En outre, l'oxyde nitreux, un sous-produit de la production de composés azotés, est un puissant gaz à effet de serre dont le potentiel de réchauffement planétaire est près de 300 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone. "L'électrolyse pulsée pourrait offrir une alternative durable", explique Dandan Gao, chimiste à l'université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU). "Cette nouvelle méthode utilise l'azote excédentaire de l'air et de l'eau comme matière première, ce qui permet de produire de manière économe en énergie des composés précieux tels que l'ammoniac et l'urée. Dans une mini-revue récemment publiée dans Angewandte Chemie, M. Gao, des collègues de l'université JGU et des collaborateurs de l'Institut de technologie de Harbin à Shenzhen, en Chine, résument les derniers progrès réalisés dans ce domaine prometteur et définissent les principales orientations de la recherche future. "En donnant un aperçu clair de ce qui a été réalisé jusqu'à présent et de ce qui reste à explorer, nous voulons accélérer les progrès vers une conversion durable de l'azote", explique M. Gao. "En fin de compte, nous voulons contribuer à transformer les déchets azotés présents dans l'environnement en produits utiles.
Dr. Dandan Gao avec les deux auteurs principaux de l'article de synthèse, Dr. Bahareh Feizi Mohazzab et Kiarash Torabi de JGU (de gauche à droite).
© Shikang Han
Traditionnellement, l'ammoniac est produit par le procédé Haber-Bosch, qui nécessite des températures (400 à 500 degrés Celsius) et des pressions élevées, ce qui le rend très énergivore. En revanche, l'électrolyse pulsée permet de former de l'ammoniac et même de l'urée à température ambiante en utilisant de l'électricité, idéalement d'origine solaire ou éolienne. Dans ce processus, deux électrodes sont immergées dans de l'eau contenant du nitrate ou du nitrite. Lorsqu'une tension électrique est appliquée, ces composés azotés sont réduits en ammoniac. Contrairement à l'électrolyse classique, l'électrolyse pulsée fait varier la tension et le courant, ce qui permet non seulement d'améliorer l'efficacité de la réaction, mais aussi de s'aligner naturellement sur les sources d'énergie renouvelables intermittentes.
Comparaison des résultats de toutes les études disponibles
"Comme il n'existait pas encore de vue d'ensemble de ce sujet, nous avons analysé toutes les études disponibles sur l'électrolyse pulsée et comparé leurs résultats", explique M. Gao. "Notre objectif est de mettre en évidence le potentiel de cette technologie écologiquement pertinente et de fournir une feuille de route pour les travaux futurs. À long terme, M. Gao estime que l'électrolyse pulsée pourrait contribuer à redéfinir le cycle de l'azote, en rendant la production d'engrais plus propre, plus efficace et mieux adaptée à l'avenir des énergies renouvelables.
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Publication originale
Kiarash Torabi, Rongji Liu, David Leander Troglauer, Christean Nickel, Guillermo Corea, Tiansheng Bai, Deping Li, Lijie Ci, Bahareh Feizi Mohazzab, Dandan Gao; "Reductive Nitrogen Species Activation via Pulsed Electrolysis: Recent Advances and Future Prospects"; Angewandte Chemie International Edition, 2025-10-24
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