Un vent d’optimisme souffle en ce début juin sur le zoo de Rotterdam, où se réunissent (quoique pour la plupart à distance, pandémie oblige) les adorateurs européens de l’ammoniac, à l’occasion du « NH3 Event 2021 ». Depuis un an, les annonces n’ont cessé de pleuvoir, qui prédisent des productions massives d’ammoniac à partir d’énergies renouvelables. Les partisans de cet « autre hydrogène », verront-ils leurs efforts enfin récompensés ?

A Nouakchott, pas plus tard que la semaine dernière, le ministre mauritanien du pétrole, des mines et de l’énergie, annonçait la construction d’une usine de 30 gigawatts[1] d’électricité éolienne et solaire, sur 8 500 kilomètres carrés, afin de produire et d’exporter « de l’hydrogène vert et ses dérivés » sur les marchés mondiaux. Un investissement de 40 milliards de dollars, selon le développeur CWP Global, déjà à l’origine d’un projet similaire en Australie, l’Asian Renewable Energy Hub.

 

Nul doute, pour les participants au NH3 Event de Rotterdam, que l’ammoniac sera, et de loin, le principal dérivé de l’hydrogène produit en Mauritanie comme en Australie. Quelle mystérieuse séduction peut donc exercer cette espèce chimique que le commun des mortels appréhende d’abord par sa très forte odeur, ou plutôt sa puanteur ? Tout simplement celle de l’hydrogène, dont l’ammoniac constitue le principal dérivé sans carbone[2]. Combiné à l’azote (« N » en chimie) – un atome d’azote pour trois atomes d’hydrogène – il se mélange très facilement avec l’eau, c’est alors « l’ammoniaque » des produits ménagers. On l’utilise comme fluide frigorigène depuis 175 ans, et comme engrais chimique depuis près d’un siècle. Il sert aussi à fabriquer des explosifs, notamment pour les mines. Au total, 180 millions de tonnes par an, à 80% pour les engrais.

Principal débouché de l’hydrogène

La production d’ammoniac a longtemps été le débouché le plus important de l’hydrogène, seulement détrôné récemment par le raffinage des produits pétroliers. Des années 1930 à l’exploitation du pétrole et du gaz de la mer du Nord vers 1960, l’ammoniac était produit avec de l’eau (pour le H), de l’air (pour le N) et beaucoup d’électricité, principalement pour électrolyser l’eau. De l’hydroélectricité, plus précisément, en Norvège mais aussi au Canada, en Egypte, en Inde, au Pérou, au Zimbabwe…

Bien avant d’être un produit de synthèse, l’ammoniac est aussi un composé chimique naturel rejeté par tous les animaux. L’abus d’engrais et les élevages intensifs conduisent à des rejets importants qui provoquent l’acidification et l’eutrophisation des milieux. C’est un polluant atmosphérique qui contribue à la formation de particules fines et de protoxyde d’azote, un puissant gaz à effet de serre. A température et pression normales, l’ammoniac est un gaz incolore, mais pas du tout inodore, et surtout très caustique pour les yeux et les poumons, autant dire irrespirable. L’intérêt qu’il suscite aujourd’hui n’en est que plus étonnant.

Vecteur d’énergie

Mais voilà : l’ammoniac, c’est aussi un possible vecteur d’énergie. Il est liquide à -33°C, et contient alors, à volume égal, plus d’hydrogène même que l’hydrogène liquide, lequel s’obtient lui par refroidissement à -253°C, une tout autre histoire. L’ammoniac reste liquide sous faible compression, ce qui permet de le pomper facilement dans des pipelines, notamment aux Etats-Unis, en Russie et en Ukraine.

Des millions de tonnes de NH3 voyagent déjà sur les mers du globe. On en stocke de gros volumes réfrigérés, à pression atmosphérique, dans des réservoirs en acier, incomparablement plus facilement que l’hydrogène. Et s’il entre dans la composition d’explosifs, notamment via le nitrate d’ammonium dont Toulouse et Beyrouth gardent le douloureux souvenir, il est lui-même moins inflammable et moins explosif que le dihydrogène. Bref, il est beaucoup plus facile à stocker et transporter que l’hydrogène, pressurisé ou liquéfié.

L’ammoniac est beaucoup plus facile à stocker et transporter que l’hydrogène

Production à partir d’énergie renouvelable

Aujourd’hui, l’ammoniac n’est pas du tout vert : pour chaque tonne, sa production à partir de gaz naturel entraîne l’émission de deux tonnes de CO2, et le double à partir du charbon. Le produire à partir d’énergies renouvelables dans ses usages actuels serait une première étape. Mais au-delà, l’ammoniac vert sera bientôt utilisé comme vecteur d’énergie propre – et d’abord dans les cargos. L’Agence Internationale de l’Energie (AIE), dans son tout récent scenario NZE2050, estime que l’ammoniac pourrait fournir au transport maritime la moitié de son combustible en 2050, soit plus de 300 millions de tonnes par an.

Le Japon a également identifié l’ammoniac comme le moyen de faire venir d’Australie et du Proche-Orient l’énergie renouvelable dont il a besoin pour décarboner son économie. L’idée est de brûler d’abord l’ammoniac en même temps que le charbon dans les centrales thermiques pour en réduire les émissions de CO2 (les essais viennent de commencer), avant de passer à une autre étape avec 100% d’ammoniac ou d’hydrogène, ou un mélange des deux, selon la disponibilité des technologies. Cette décision interministérielle de 2017 a été réaffirmé à l’automne dernier par le Premier Ministre Suga lors du ralliement du Japon à un objectif de zéro émissions nettes en 2050. Le plan prévoit d’importer à terme de 5 à 10 millions de tonnes d’hydrogène par an sous cette forme, soit 28 à 57 millions de tonnes d’ammoniac.

La production éolienne et solaire d’ammoniac prend donc son essor, et son potentiel est considérable. Une étude toute récente de l’université technologique de Lappeenranta en Finlande en dresse un atlas mondial.

De nouvelles opportunités pour les producteurs

Au premier plan des sectateurs de « l’ammoniac énergie », on trouve les grands producteurs d’engrais chimiques, comme le Norvégien Yara. Ils ont bien perçu la nécessité de décarboner leurs productions… mais perçu également que l’évolution vers une agriculture plus respectueuse de l’environnement pouvait être une menace pour leur chiffre d’affaires : la Chine et l’Inde ont un objectif de croissance zéro pour l’utilisation d’engrais azotés, la France et d’autres une politique de réduction. L’émergence d’usages énergétiques de l’ammoniac leur ouvre de nouvelles opportunités.

Constitués en association scientifique et professionnelle depuis plus de quinze ans aux Etats-Unis, quatre ans en Europe, les partisans de cet « autre hydrogène », comme ils désignent l’ammoniac, voient enfin leurs efforts récompensés – et leurs adhésions se multiplier.


[1] 1 gigawatt = 1 000 mégawatts = 1 000 000 kilowatts.

[2] Un autre est l’hydrazine de formule N2H4, utilisée notamment comme propergol dans l’espace.