Engrais pour tous : co-construction d'une modalité viable de fabrication de l'ammoniac pour améliorer les rendements des parcelles cultivées

 

 

Recherche intersectorielle - Programme Audace

Concours 2020-2021

 

Composition de l'équipe :

Daniel Guay,  (Institut national de la recherche scientifique),  Responsable

Nicolas Merveille,  (Université du Québec à Montréal),  Co-directeur

Gilles Peslherbe,  (Université Concordia),  Co-chercheur

 

Domaine : Environnement

Secteurs de la recherche : Sciences naturelles et génie; Sciences humaines et sociales

L'ammoniac (NH3) joue un rôle clé dans les sociétés modernes, car c'est l'élément source pour la production des engrais. À l'heure actuelle, NH3 est obtenu par réaction de l'hydrogène (H2) et de l'azote (N2). Cette réaction d'hydrogénation est à la base du procédé Haber-Bosch développé au début du siècle. À l'échelle mondiale, plus de 150 millions de tonnes de NH3 sont produites annuellement. L'hydrogène nécessaire à la réaction d'hydrogénation est produit par reformage du gaz naturel, et 5 % de la production mondiale de gaz naturel est requis pour former l'hydrogène nécessaire à cette réaction. Le reformage du gaz naturel est une source considérable d'émissions de CO2, équivalent à 1,9 kg de CO2 par kg de NH3 produit. Il y a clairement des gains importants à réaliser en termes énergétiques et environnementaux au niveau de la synthèse de ce composé si important.

Dans ce projet, nous proposons d'explorer un procédé électrochimique de conversion de l'azote (N2) en ammoniac (NH3), ce qui est totalement innovant par rapport au procédé actuel. Dans ce procédé, l'hydrogène est formé en ayant recours aux molécules d'eau lors de l'électrolyse de l'eau. Par conséquent, les coûts d'acheminement/purification/craquage du gaz naturel pour former l'hydrogène nécessaire à la réaction sont complètement éliminés. De plus, à la différence du reformage du gaz naturel, cette réaction électrochimique ne génère aucun gaz à effet de serre (CO2). La réaction de l'hydrogène avec l'azote de l'air conduit à la formation de l'ammoniac. Ce procédé ne nécessite ni haute pression, ni haute température. Selon cette vision, de petites unités d'électrolyse modulables et distribuées partout sur le territoire seraient utilisées pour produire à la demande l'ammoniac nécessaire à la fertilisation des sols. Avec l'hydroélectricité, l'énergie solaire ou l'énergie éolienne comme source d'énergie électrique, les économies énergétiques et environnementales deviendraient considérables : utilisation d'énergie renouvelable sans émission de CO2, substitution du reformage du gaz naturel et réduction considérable des émissions de CO2 dû au transport entre les unités de production et les lieux d'utilisation. Les unités de production d'ammoniac nécessaires à la fertilisation des parcelles de terrain pourraient être dispersées dans les villes pour favoriser l'agriculture urbaine.

Ce projet innove également au niveau de sa conception et de sa constitution, car il intègre dès sa mise en place des aspects d'acceptabilité sociale, de coût et d'environnement (impact sur la production du CO2) qui vont moduler le travail de recherche purement scientifique et technologique. Notre objectif est d'identifier les conditions socio-économiques et environnementales qui vont permettre à cette nouvelle technologie d'être rapidement adoptée de manière à ce que le travail de recherche puisse les prendre en compte lors de l'étape du développement de la technologie. Cette approche intersectorielle va insuffler une crédibilité accrue, tant au niveau scientifique que sociétal, au projet "engrais pour tous", dont le potentiel de rupture est indéniable.

 

Appel de propositions