La technique à énergie zéro du MIT montre comment produire de l'ammoniac sous terre

L'ammoniac a un potentiel énorme comme carburant du futur, mais la plupart des méthodes de production actuelles en font une source d'énergie polluante. Pourtant, une nouvelle méthode du MIT qui permettrait d'obtenir ce composé à partir des roches terrestres et de la chaleur naturelle le purifie considérablement.

L'ammoniac est actuellement le deuxième produit chimique le plus produit au monde, et 80 % de sa production est utilisée comme engrais agricole. Cependant, les méthodes actuelles de production d'ammoniac consomment environ 2 % de l'énergie fossile mondiale et libèrent environ 1 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre d'origine humaine. Autrement dit, pour chaque tonne d'ammoniac produite, environ 2,4 tonnes de dioxyde de carbone (CO2) sont libérées.

Pourtant, ce composé, qui est une combinaison d’azote et d’hydrogène, a un énorme potentiel dans le secteur de l’énergie car il peut stocker plus de 20 fois plus d’énergie en poids que les batteries au lithium actuelles. Il peut également être brûlé de manière propre s’il est géré correctement. La production d’ammoniac vert pourrait donc contribuer grandement à répondre à nos besoins énergétiques et à réduire les émissions de carbone.

Les progrès vers cet objectif se sont accélérés ces derniers temps. En août dernier, trois sociétés énergétiques danoises ont mis en service la première usine d'ammoniac vert au monde , qui devrait être capable de produire 5 000 tonnes de ce produit chimique chaque année en utilisant uniquement l'énergie solaire et éolienne. En 2026, le premier porte-conteneurs au monde fonctionnant à l'ammoniac propre devrait être lancé en Norvège. Ces projets s'ajoutent au premier semi-remorque électrique à l'ammoniac à zéro émission au monde et au premier tracteur fonctionnant à l'ammoniac pour démontrer le potentiel vert du carburant.

Des chercheurs du MIT ont désormais accru le potentiel de l’ammoniac propre en rédigeant une étude dans laquelle ils démontrent comment produire ce produit chimique sans introduction d’énergie extérieure et sans aucune émission de CO2.

Moment d'émerveillement

L'idée, explique Iwnetim Abate, auteur principal de l'étude, est venue d'un puits au Mali, en Afrique de l'Ouest. Repéré pour la première fois dans les années 1980, ce puits inhabituel était rempli de flux de gaz d'hydrogène. Il a été déterminé que le gaz provenait d'une réaction entre les produits chimiques contenus dans la roche et l'eau, profondément sous la surface de la Terre.

« Ce fut un moment de révélation », déclare Iwnetin Abate. « Nous pourrions peut-être utiliser la Terre comme une usine, en exploitant sa chaleur et sa pression pour produire des produits chimiques précieux comme l'ammoniac de manière plus propre. »

Pour le savoir, Iwnetim Abate et son équipe ont construit un système modèle qui leur a permis d'injecter de l'eau enrichie en azote dans des minéraux synthétiques riches en fer, imitant ainsi ceux que l'on trouve sous la surface de la Terre. Le processus a effectivement produit de l'ammoniac sans produire de CO2 ni nécessiter d'énergie extérieure pour stimuler le processus chimique.

Ils ont ensuite remplacé le fer synthétique par de l'olivine, une roche riche en fer que l'on trouve dans la nature. Dans ce cas, ils ont également ajouté un catalyseur au cuivre et chauffé le système jusqu'à 300 °C pour imiter les températures observées à des kilomètres sous la surface de la Terre. Ils ont découvert que l'azote de l'eau réagissait avec le fer pour créer de l'hydrogène propre, qui à son tour réagissait avec l'azote pour créer de l'ammoniac. Le processus a permis d'obtenir 1,8 kg d'ammoniac par tonne d'olivine.

« Ces roches sont partout dans le monde, donc la méthode pourrait être adaptée très largement à travers le monde », précise Iwnetin Abate, ajoutant qu'« il y a tout un autre niveau de complexité que nous devrons surmonter ».

Cette complexité comprend les problèmes qui peuvent survenir lorsque vous forez profondément dans la Terre, injectez de l’eau enrichie en azote et gérez la manière dont les liquides et les gaz produits interagissent avec le substrat rocheux.

Malgré tout, Iwnetin Abate garde espoir que les travaux de validation de principe de son équipe pourraient ouvrir une nouvelle voie vers la production d'ammoniac vert et espère tester le système dans le monde réel d'ici un an ou deux. Il affirme même que le système pourrait tirer parti de l'azote présent dans les eaux usées pour fonctionner.

« Il s’agit d’une avancée majeure pour l’avenir du développement durable », déclare Geoffrey Ellis, géologue à l’US Geological Survey, qui n’a pas participé à l’étude. « Bien qu’il reste encore du travail à faire pour valider ce projet au stade pilote et le faire passer à l’échelle commerciale, le concept qui a été démontré est véritablement transformateur. L’approche consistant à concevoir un système pour optimiser le processus naturel de réduction des nitrates par le fer est ingénieuse et conduira probablement à d’autres innovations dans ce sens. »

Le groupe de recherche a déposé un brevet pour sa découverte.

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(24)00541-5

https://news.mit.edu/2025/clean-ammonia-mit-engineers-propose-going-underground-0121