Ammoniac : aspects chimiques, géopolitiques et énergétiques

Article de Daniel Jasserand (promo 1969), Vice Président de l'UNAFIC, extrait de UNAFIC INFO n°67

 

Parler de l’ammoniac c’est d’abord parler de l’hydrogène qui depuis plus d’un siècle est la matière première dont la réaction catalysée avec l’azote de l’air selon la réaction d’Haber-Bosch permet de le produire industriellement. L’ammoniac a permis le développement d’engrais azotés en quantité prépondérante par rapport aux autres engrais. Ces dérivés de l’ammoniac ont permis d’augmenter de manière importante le rendement de culture de végétaux tels que le blé, peu capables de fixer l’azote de l’air pour produire seuls des protéines végétales. La production d’ammoniac avec des capacités mondiales de 230 millions de tonnes représente environ 45% de la consommation de l’hydrogène industriel ; une proportion voisine est utilisée dans les activités pétrochimiques, laissant peu de place aux autres activités chimiques ou de transports.

 

Actuellement plus de 90% de l’hydrogène est produit principalement par vapo-réformage du méthane ou plus marginalement du charbon mais aussi, en Chine, par gazéification de ce dernier. Ces divers procédés produisent des quantités énormes de CO2 (vapo-réformage du méthane) jusqu’à 19 fois en masse la quantité d’hydrogène (gazéification du charbon). On conçoit dès lors l’intérêt pour les producteurs d’ammoniac (comme pour les pionniers de l’utilisation de l’hydrogène dans la mobilité notamment automobile) de se tourner vers l’électrolyse à partir d’électricité nucléaire ou renouvelable.

 

Un des aspects particuliers de la production d’hydrogène est son caractère généralement captif dans le cadre de complexes (pétro)chimiques pour des raisons évidentes de sécurité et d’évaporation du gaz lors du transport, le réseau d’hydrogénoducs étant encore limité.

 

Le double rôle du méthane comme matière première de la production de l’hydrogène et comme combustible de chauffage domestique ou industriel rend nécessaire des arbitrages difficiles en raison de sa raréfaction récente. Dès l’été 2021 suite à la reprise post-covid, l’augmentation des prix du gaz naturel a contraint certaines compagnies comme BASF ou Yara à réduire leur production d’ammoniac. La guerre en Ukraine et la chute des livraisons de gaz russe en Europe consécutives conduisirent évidemment à une augmentation du prix du méthane encore disponible sur le marché avec bien sûr des conséquences sur les prix et la disponibilité de chauffage et de produits chimiques dérivés comme l’ammoniac, l’urée et le méthanol. Les sanctions infligées à la Russie ont eu aussi des conséquences immédiates sur le fonctionnement d’usines russes d’ammoniac comme celle d’Eurochem à Anvers à l’avenir incertain et l’annulation de la vente des engrais de Borealis à la même société.

 

La position ambivalente de l’hydrogène comme vecteur énergétique mais surtout matière première pour la chimie, au moins dans les prochaines décennies, entraîne des cas de figures complexes. Un exemple est celui de la société américaine Monolith utilisant le procédé français Persee de production de carbon-black et d’hydrogène par pyrolyse par plasma du méthane ; l’hydrogène conçu à l’origine pour être réinjecté dans le système énergétique du Nebraska a finalement conduit à la production d’ammoniac.

 

D’ailleurs certaines sociétés planifient, dans le cadre d’énormes projets photovoltaïques ou éoliens en Australie, Maroc, Arabie Saoudite, Inde ou Chili, des productions simultanées d’hydrogène par électrolyse et d’ammoniac. Le transport à longue distance de l’ammoniac, plus aisé que celui de l’hydrogène, entre dans les projets entre l’Australie ou la péninsule arabique et le Japon. Certains, comme le Japon, s’intéressent aussi à l’utilisation de l’ammoniac dans l’énergie comme combustible additionnel dans les centrales à charbon pour la production d’électricité. On peut aussi constater l’émergence de moteurs thermiques modernes mais surtout de piles à combustibles utilisant l’ammoniac mais dont l’avenir dépendra bien évidemment de leur compétitivité avec les autres moteurs et du prix de l’ammoniac utilisé.