Projet PLASMA-N-ACT

Vers une meilleure compréhension de l’activation de l’azote sous plasma pour la production de NH₃

Projet coordonné par ENSI CAEN

Durée de 4,5 ans

3,51 millions d’euros de budget

2 thèses et 1 stage

Contexte et enjeu

L’ammoniac est un ingrédient clé des engrais et un composant essentiel dans la production de produits chimiques (urée, sels d’ammonium, etc.), avec une production mondiale de plus de 220 millions de tonnes par an. Grâce aux progrès réalisés dans la production d’hydrogène par électrolyse, l’ammoniac est désormais considéré comme un vecteur de transport de l’hydrogène en raison de sa densité énergétique élevée (5,2 kWh/kg) et de sa forte teneur en hydrogène (17,6 % en poids), ainsi que du fait qu’il est facile à décomposer et à récupérer.

Actuellement, plus de 96 % de l’ammoniac est produit par le procédé Haber-Bosch, un procédé énergivore nécessitant des conditions sévères (T > 500°C, P > 150 bar). Ce procédé représente 2,4 % de la consommation mondiale de combustibles fossiles, avec une empreinte carbone annuelle de 1,2 % des émissions mondiales de CO₂.

Objectifs scientifiques

Le projet PLASMA-N-ACT explore une alternative prometteuse utilisant la catalyse non thermique assistée par plasma pour synthétiser l’ammoniac. Ce procédé, qui convient à une production décentralisée et intermittente à partir d’énergies renouvelables, présente un certain nombre d’avantages :

Fonctionnement à basse température et à basse pression.

Pas de limitations thermodynamiques.

Taux de conversion élevés grâce à la dissociation facilitée des liaisons N≡N par le plasma.

Le projet vise à développer des catalyseurs composites avancés (nitrures de terres rares, métaux de transition, promoteurs alcalins) pour stabiliser les espèces réactives et améliorer les performances du plasma. Il abordera des questions clés telles que les propriétés critiques des catalyseurs, la cinétique de synthèse et les mécanismes d’activation, en utilisant des mesures in situ et la modélisation moléculaire. PLASMA-N-ACT vise à optimiser cette approche pour rivaliser avec le procédé Haber-Bosch en termes d’efficacité énergétique, économique et environnementale.