Guillaume Rolland La creation industrielle d’ammoniac, principalement pour les engrais synthétiques – le carburant de la révolution verte du siècle dernier – est l’un des plus grands marchés chimiques au monde, mais aussi l’un des as well as énergivores.
À l’échelle mondiale, le procédé Haber-Bosch de fabrication d’ammoniac utilise environ 1 % de tous les combustibles fossiles et produit 1 % de toutes les émissions de dioxyde de carbone, ce qui en fait un contributeur majeur au changement climatique.
Aujourd’hui, à l’Université de Californie à Berkeley, les chimistes ont fait un grand pas en avant pour rendre la manufacturing d’ammoniac additionally respectueuse de l’environnement : un ammoniac « additionally vert » pour un engrais « plus vert ».
instant auquel l’ammoniac gazeux se condense sous forme liquide. Le processus nécessite également de pressuriser les réactifs à environ 150 à 300 fois la pression atmosphérique. Tout cela nécessite de l’énergie fossile.
Des méthodes choices de séparation de l’ammoniac pourraient ouvrir la porte à des procédés alternatifs opérant dans des disorders moins extrêmes. Pour résoudre ce problème, les chimistes de l’UC Berkeley ont conçu et synthétisé des matériaux poreux – des cadres organométalliques, ou MOF – qui se lient et libèrent de l’ammoniac à des pressions modérées et à des températures d’environ 175 °C. Parce que le MOF ne se lie à aucun des réactifs., économisant ainsi de l’énergie.
a déclaré Benjamin Snyder, boursier postdoctoral à l’UC Berkeley, qui a dirigé la recherche. “C’est-à-dire que vous ne voulez pas avoir à mettre beaucoup de chaleur dans votre matériau pour forcer l’ammoniac à se détacher, et de même, lorsque l’ammoniac absorbe, vous ne voulez pas que cela génère beaucoup de déchets. Chauffer.”
L’un des principaux avantages d’un processus qui fonctionne à des températures et des pressions additionally basses est que l’ammoniac, et donc les engrais, pourraient être produits dans des installations as well as petites additionally proches des agriculteurs – même sur location à la ferme – plutôt que dans de grandes usines chimiques centralisées.
“Le rêve ici serait de permettre une technologie où un agriculteur d’une région du monde économiquement défavorisée a désormais un accès beaucoup as well as facile à l’ammoniac dont il a besoin pour faire pousser ses cultures”, a déclaré Snyder. “Pour être clair, notre matériel n’a pas résolu ce problème. Mais nous avons proposé une nouvelle façon de penser à la façon dont vous pouvez utiliser des cadres métallo-organiques dans le contexte de la seize d’ammoniac pour un procédé Haber-Bosch modifié. Je pense que cette étude représente une avancée conceptuelle vraiment importante dans cette route.”
Snyder et Jeffrey Extended, l’auteur principal de l’article et professeur de chimie du génie chimique et biomoléculaire à l’UC Berkeley, publieront les détails de leur étude MOF cette semaine dans la revue Nature. Ce mois-ci, Snyder a rejoint le département de chimie de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign en tant que professeur adjoint.
a déclaré Extended, professeur émérite C. Judson King à l’UC Berkeley et chercheur au Lawrence Berkeley Nationwide Laboratory. “Nous sommes optimistes que le mécanisme s’étendra à d’autres molécules d’importance industrielle qui ont une forte affinité pour les métaux de liaison.”
Un procédé Haber-Bosch “vert”
Selon Snyder, de nombreux chercheurs travaillent sur les moyens de rendre le processus Haber-Bosch – qui date du début du 20e siècle – as well as strong. Cela comprend la production d’un réactif majeur, l’hydrogène, en utilisant l’énergie solaire pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène. Aujourd’hui, l’hydrogène est généralement obtenu à partir du gaz naturel, qui est principalement du méthane, dans une réaction qui libère du dioxyde de carbone, le principal gaz à effet de serre.
NH3.
D’autres matériaux poreux, tels que les zéolithes. Et d’autres MOF que les gens ont essayés se sont souvent désintégrés en présence d’ammoniac, qui est très corrosif.
À sa grande surprise, l’ammoniac n’a pas détruit ce MOF, mais l’a converti en brins d’un polymère contenant du cuivre et de l’ammoniac qui a une densité extrêmement élevée d’ammoniac stocké. De moreover, les brins de polymère ont facilement abandonné leur ammoniac lié à des températures relativement basses, restaurant le matériau à sa structure MOF rigide et poreuse initiale dans le processus.
“Lorsque vous exposez ce cadre à l’ammoniac, il improve complètement sa structure”, a-t-il déclaré. “Il start comme un matériau poreux en trois dimensions, et lorsqu’il est exposé à l’ammoniac. Pensez-y comme un faisceau de cordes. Ce mécanisme d’adsorption vraiment inhabituel permet nous d’absorber d’énormes quantités d’ammoniac.”
Dans le processus inverse, a-t-il ajouté, “le polymère se tissera d’une manière ou d’une autre dans un cadre tridimensionnel lorsque vous retirerez l’ammoniac, ce qui, je pense, est l’une des caractéristiques les as well as saisissantes de ce matériau”.
Snyder a découvert que le MOF pouvait être réglé pour absorber et libérer l’ammoniac sous une massive gamme de pressions.
”
Snyder a souligné que la seize d’ammoniac n’est qu’une partie de tout processus modifié pour fabriquer de l’ammoniac additionally vert, qui est toujours en cours.
“De nombreuses personnes intelligentes réfléchissent à la conception de catalyseurs et de réacteurs pour un procédé Haber Bosch modifié conçu pour fonctionner à des températures et des pressions as well as modérées”, a déclaré Snyder. “Là où nous intervenons.”
La recherche a été soutenue par le Bureau du Département américain de l’énergie (DE-SC0019992).
