Une percée chinoise transforme les eaux usées en ammoniac pour les engrais

Un nouveau procédé mis au point par des chercheurs chinois permet de transformer le nitrate présent dans les eaux usées en ammoniac, un ingrédient clé des engrais uréiques. Cette approche, à la fois économique et économe en énergie, pourrait bouleverser la gestion des déchets agricoles et industriels.

Les eaux de ruissellement agricoles et industrielles contiennent aujourd'hui des quantités massives de nitrate, provenant d'engrais usagés, de déjections animales, de rejets d'usines chimiques ou encore du traitement des eaux usées. Un excès de nitrate est catastrophique pour les écosystèmes locaux : il provoque des proliférations d'algues, qui à leur tour créent des zones mortes dans les cours d'eau où l'oxygène chute, tuant les poissons et autres organismes aquatiques. Il peut aussi contaminer les nappes phréatiques, posant des risques sanitaires pour les humains et les animaux.

La plupart des pays traitent actuellement leurs eaux usées pour éliminer le nitrate, une opération coûteuse et très énergivore. Mais ce faisant, ils passent à côté d'une ressource immense : le nitrate est riche en azote, un composant essentiel des engrais. L'équipe chinoise a donc cherché un moyen d'exploiter ce potentiel.

Un catalyseur double-atome boosté par l'IA

L'ammoniac est l'un des produits chimiques industriels les plus importants au monde, servant à fabriquer engrais, explosifs, produits chimiques, réfrigérants et, potentiellement, les systèmes d'hydrogène du futur. Mais sa production est habituellement très onéreuse et énergivore, via le procédé Haber-Bosch qui combine de l'azote pur et de l'hydrogène sous des températures et pressions extrêmes, nécessitant du gaz naturel. Selon certaines estimations, cette seule étape consomme 1 à 2 % de l'énergie mondiale.

Produire de l'ammoniac à partir de nitrate de déchet permettrait donc de réduire la pollution, la consommation d'énergie et la dépendance aux matières premières importées, créant un cycle de production d'engrais circulaire. La clé de cette avancée est un nouveau super-catalyseur : un matériau qui accélère et rend plus efficace une réaction chimique. L'équipe chinoise a utilisé un catalyseur à double atome (DAC), qui diffère des catalyseurs classiques à atome unique ou à nanoparticules.

Pour la conversion du nitrate en ammoniac, l'emploi de deux atomes complémentaires est crucial dans un processus en plusieurs étapes. Ce « tag team » atomique facilite les transferts d'électrons, la manipulation de molécules intermédiaires, la rupture et la formation de liaisons. Pour trouver la meilleure paire d'atomes, les chercheurs ont eu recours à l'intelligence artificielle, qui a réduit des milliers d'expériences physiques par essai-erreur à quelques tests ciblés, économisant des heures de travail.

Un rendement triplé, mais encore en laboratoire

Le résultat est spectaculaire : selon l'équipe, ce catalyseur est près de trois fois plus efficace que les autres catalyseurs similaires. Cela signifie des rendements en ammoniac bien plus élevés, de meilleurs taux de conversion et moins de déchets. En d'autres termes, un meilleur rapport qualité-prix tout en s'attaquant à un polluant industriel et agricole majeur.

Il faut toutefois nuancer : pour l'instant, le catalyseur n'a été testé qu'en laboratoire, sur de petits échantillons. On ignore encore s'il fonctionnera dans des conditions réelles, s'il pourra être produit à grande échelle et s'il saura gérer les contaminants variés des eaux usées autres que le nitrate. L'étude complète est publiée dans le Journal of the American Chemical Society.