L’ammoniac est obtenu industriellement selon le procédé Haber-Bosch, qui nécessite beaucoup d’énergie et d’hydrogène gazeux. Une approche beaucoup plus douce a maintenant été rapportée par une équipe de chercheurs dans la revue Angewandte Chemie International Edition.
Selon cette recherche, les composés réactifs du bore peuvent cibler efficacement l’azote atmosphérique et le convertir en chlorure d’ammonium après l’ajout d’un acide. Cette conversion a lieu en solution, à température ambiante, et sans avoir besoin de métaux ou d’hydrogène gazeux.
L’azote représente 77% de l’air que nous respirons, et donc, en théorie, il est pratiquement disponible à l’infini pour la synthèse d’ammoniac. Cependant, en pratique, il ne réagit que très lentement avec les autres éléments. Dans le procédé Haber-Bosch, développé il y a plus de 100 ans, les catalyseurs métalliques accélèrent cette réaction lente. Ils activent l’azote qui est ensuite mis en réaction avec l’hydrogène sous haute pression et température, donnant de l’ammoniac.
L’ammoniac est utilisé industriellement pour produire des engrais azotés. Il peut également être utilisé comme réservoir d’hydrogène lorsque l’hydrogène est utilisé comme source d’énergie. À ce jour, les méthodes microbiologiques de fixation de l’azote ont été la principale alternative plus douce proposée pour le procédé Haber-Bosch. Cependant, l’exploitation des bactéries pour la production biotechnologique d’ammoniac est encore assez inefficace.
Une équipe de chercheurs dirigée par Nicolas Mézailles de l’Université Paul Sabatier, CNRS, à Toulouse, en France, vient de découvrir que les composés réactifs du bore peuvent cibler et activer très efficacement l’azote moléculaire. L’équipe a expliqué sa réflexion initiale : « Nous avons estimé que l’utilisation de radicaux à haute énergie pourrait fournir une voie cinétiquement et thermodynamiquement favorable à la fonctionnalisation de l’azote. »
Les calculs théoriques de l’équipe ont ensuite mis en évidence les radicaux centrés sur le bore comme candidats appropriés. Les chercheurs ont produit ces radicaux centrés sur le bore en ajoutant un agent réducteur puissant aux halogénures de bore organiques. Les substances résultantes ont converti l’azote moléculaire à température ambiante en borylamines, qui à leur tour ont réagi avec un acide aqueux pour donner du chlorure d’ammonium.
Mézailles et l’équipe ont maintenant décrit une nouvelle approche de la fixation de l’azote en solution à l’aide de composés radicalaires. Les chercheurs ont observé que les radicaux centrés sur le bore qu’ils produisaient décomposaient efficacement la triple liaison stable de l’azote moléculaire, permettant de fonctionnaliser l’azote moléculaire dans des conditions douces. Cette approche radicale ouvre de nouvelles possibilités de production d’ammoniac sans avoir à recourir à des matières premières fossiles.
Plus d’information:
Soukaina Bennaamane et al, Synthèse d’ammoniac à température ambiante et pression atmosphérique à partir de N 2 : une approche radicale au bore, Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI : 10.1002/anie.202209102