L'utilisation de la technologie laser a révolutionné la méthode de fixation de l'azote, offrant une nouvelle façon de synthétiser l'ammoniac dans des conditions ambiantes. Récemment, des chercheurs ont utilisé pour la première fois un laser CO2 commercial pour perturber la triple liaison azote-azote, offrant ainsi une nouvelle alternative verte au procédé Haber-Bosch.
L’équipe de recherche internationale aurait utilisé un laser pour convertir l’oxyde de lithium en lithium métallique, qui aurait ensuite réagi spontanément avec l’azote de l’air pour former du nitrure de lithium. Ce sel est facilement hydrolysé en ammoniac, permettant à la méthode de battre des rendements records.
Huize Wang, premier auteur de l'Institut Helmholtz pour les énergies renouvelables en Allemagne, a déclaré : « Nous avons introduit un concept pionnier qui utilise des lasers à haute énergie pour faciliter la conversion de divers oxydes en nitrures. »
Il a ajouté : « Nous avons obtenu des rendements sans précédent à température ambiante et à pression atmosphérique. Ce résultat est remarquable par rapport à d'autres méthodes. » Le rendement réel est deux fois supérieur à celui des autres solutions de pointe, notamment les méthodes électrochimiques et mécanochimiques.
Il s'agit d'une toute nouvelle approche de production d'ammoniac vert, potentiellement plus durable que le procédé Haber-Bosch", a déclaré Victor Mougel, expert en conversion électrochimique de petites molécules à l'École polytechnique fédérale de Zurich, en Suisse. "Le Le procédé Haber-Bosch est très gourmand en énergie car il fonctionne à des températures et des pressions élevées, et il entraîne également des émissions de CO2. »
En outre, a-t-il ajouté, la nouvelle méthode « offre une flexibilité opérationnelle et des avantages environnementaux » car elle fonctionne dans des conditions ambiantes. Le procédé peut également produire de l’ammoniac directement là où il est nécessaire, ce qui réduit les coûts de transport.
L’équipe a utilisé un laser infrarouge pour fournir suffisamment d’énergie pour dissocier la liaison lithium-oxygène afin de produire du lithium métallique à partir de l’oxyde de lithium. Lorsqu'il est exposé à l'air, le lithium métallique se combine spontanément avec l'azote, brisant la triple liaison covalente azote-azote pour produire du nitrure de lithium.
Il explique en outre : « Ensuite, nous obtenons de l'ammoniac et de l'hydroxyde de lithium en hydrolysant le nitrure de lithium généré par le laser. De plus, cette méthode offre des opportunités de recyclage chimique. Le laser peut induire la conversion de l'hydroxyde de lithium en nitrure de lithium, mettant ainsi fin à la cycle du lithium."
Il a ajouté : "Cela devient simultanément un autre nouveau concept : la conversion de l'hydroxyde en nitrure."
Cependant, Ifan Stephens, expert en électrochimie et en fixation d'azote à l'Imperial College de Londres (Royaume-Uni), reste sceptique. Il déclare : « Je suis sceptique quant à la viabilité à long terme de rendements aussi élevés. De plus, le fait qu'il s'agisse d'un processus par lots plutôt que d'un processus continu limitera considérablement sa faisabilité. Le fait que les techniques électrochimiques permettent le fonctionnement continu constitue un avantage significatif par rapport aux nouvelles méthodes induites par laser. »
De plus, les besoins énergétiques des lasers pourraient poser un problème pour intensifier la synthèse d’ammoniac. Il a ajouté : « Si vous produisez uniquement de l'ammoniac à petite échelle comme engrais dans des zones reculées, l'efficacité énergétique devient alors moins importante. »
Les chercheurs suggèrent que leur méthode offre des avantages significatifs par rapport à l’électrochimie, tels que la désolvatation et la simplification. En outre, toutes les méthodes émergentes de synthèse de l’ammoniac sont confrontées à leurs plus grands défis à mesure que la production augmente. Les chercheurs envisagent d’étendre le processus en distribuant de la poudre d’oxyde de lithium sur une surface de réseau, puis en irradiant le réseau de cellules réactives une par une avec un laser. En outre, les chercheurs ont observé que d’autres oxydes présentaient un comportement similaire, comme le magnésium, l’aluminium, le zinc et le calcium, mais avec des rendements inférieurs.
Il explique : « Cela peut être dû au fait que d'autres oxydes sont plus difficiles à dissocier et à hydrolyser. » Cependant, la réactivité des métaux alcalins et alcalino-terreux vis-à-vis de l’azote semble prometteuse. Il déclare : « Nos recherches récentes montrent que des métaux plus abondants tels que le magnésium et le calcium peuvent également décomposer l'azote. »
