Ammoniac

L'ammoniac est un composé d'azote et d'hydrogène de formule brute NH₃. La substance pure et anhydre est, à température ambiante et à pression atmosphérique, un gaz incolore à l'odeur piquante. Son point d'ébullition à cette pression est d'environ −33,3 °C ; une pression plus élevée permet aussi de le liquéfier sans refroidissement aussi poussé. L'ammoniac anhydre doit être distingué des solutions aqueuses d'ammoniaque.

Dans le système énergétique, l'ammoniac est considéré comme un vecteur d'énergie chimique et une forme de transport de l'hydrogène. Sa production à partir d'électricité relève du Power-to-X. L'ammoniac peut être utilisé tel quel ou être de nouveau décomposé sur le site de destination. La voie pertinente dépend donc largement du produit final recherché.

Production et applications industrielles existantes

La synthèse industrielle combine l'azote et l'hydrogène. Les voies de production conventionnelles utilisent surtout du gaz naturel et, accessoirement, notamment du charbon. Elles entraînent des émissions de CO₂ considérables. Dans la production par électrolyse, en revanche, l'hydrogène est obtenu à partir d'eau par électrolyse. Suivent ensuite la fourniture d'azote et la synthèse de l'ammoniac. Ces étapes du procédé nécessitent elles aussi de l'énergie ; l'origine de l'hydrogène ne décrit donc pas à elle seule l'ensemble de la production.

Le qualificatif « vert » désigne habituellement une production à partir d'hydrogène renouvelable et d'énergie renouvelable. Le qualificatif « bleu » désigne une production fossile avec captage du CO₂ et stockage permanent. Ces couleurs ne remplacent pas un bilan d'émissions quantifié.

L'ammoniac est déjà une matière première industrielle majeure, en particulier pour les engrais azotés. Il sert aussi, par exemple, dans les matières plastiques et les fibres synthétiques. Une production renouvelable peut ainsi d'abord remplacer la production fossile existante, sans devoir créer un nouveau marché de consommation d'énergie. Une fabrication d'engrais à moindres émissions n'élimine toutefois pas automatiquement les effets environnementaux de l'utilisation ultérieure des engrais.

Transport, stockage et récupération de l'hydrogène

Réfrigéré, l'ammoniac liquide peut être stocké à environ −33 °C et à pression atmosphérique ; à 25 °C, il faut environ 10 bar de pression absolue. Environ 17,6 % de sa masse correspond à de l'hydrogène chimiquement lié : une tonne en contient théoriquement environ 176 kilogrammes d'hydrogène. Il ne s'agit pas d'un rendement garanti en pratique.

Pour obtenir de l'hydrogène pur sur le site de destination, un craqueur d'ammoniac est nécessaire. Il décompose le NH₃ en azote et en hydrogène moyennant un apport d'énergie. S'y ajoutent la séparation et la purification. Le pouvoir calorifique de l'ammoniac est d'environ 18,6 mégajoules par kilogramme, soit 5,17 kilowattheures par kilogramme. Ce contenu énergétique chimique ne doit pas être assimilé à la quantité d'électricité obtenue ultérieurement.

La reconversion en électricité entraîne des pertes supplémentaires. Un rendement de récupération de l'hydrogène ne décrit donc pas le rendement de l'ensemble de la chaîne électricité–ammoniac–électricité. La production, le stockage, le transport, la reconversion et l'énergie auxiliaire doivent être considérés dans une même limite de bilan.

Place dans le système électrique

La production fluctuante d'électricité éolienne et solaire complique l'alimentation d'une installation de production chimique. Un taux d'utilisation élevé tend à réduire les coûts d'investissement spécifiques. Des tampons d'hydrogène, des procédés de synthèse adaptés et des profils de production complémentaires peuvent faciliter l'intégration. Une électrolyse flexible ne signifie donc pas que l'ensemble de la production d'ammoniac puisse réagir aux excédents d'électricité de façon arbitrairement rapide ou gratuite.

Pour une évaluation, il convient d'abord de nommer la tâche : un site industriel doit-il recevoir de l'ammoniac, de l'hydrogène doit-il être importé ou une réserve d'électricité doit-elle être constituée ? Ce n'est qu'ensuite que la comparaison avec des alternatives a un sens. L'électrification directe doit alors être examinée comme option de comparaison, et non comme une application fondamentalement interchangeable : un besoin en matière première chimique est une tâche différente de l'alimentation d'un moteur électrique.

L'évaluation d'un stockage exige elle aussi une mesure concrète. Pour une réserve rarement sollicitée, d'autres questions importent que pour un stockage chargé quotidiennement : quelle quantité d'énergie doit être disponible ? Avec quelle rapidité ? Quelle puissance est requise ? Quels coûts subsistent même à l'arrêt ? Une affirmation générale comme « l'ammoniac est un bon stockage d'électricité » laisse ouvertes ces différences décisives.

Climat, environnement et sécurité

L'ammoniac ne contient pas de carbone ; la molécule de NH₃ elle-même ne produit pas de CO₂ lors de son utilisation. La neutralité climatique n'en découle pas. Les émissions liées à la production et à la chaîne d'approvisionnement restent pertinentes. Lors de la combustion, des oxydes d'azote et du protoxyde d'azote, gaz à fort effet sur le climat, peuvent se former. L'ammoniac rejeté sans avoir brûlé doit lui aussi être limité.

L'ammoniac est nocif, voire mortel en cas d'exposition correspondante. Il peut gravement endommager les yeux et les voies respiratoires ; l'ammoniac liquide peut en outre provoquer des brûlures par le froid. Certains matériaux, dont le cuivre et les surfaces galvanisées, sont incompatibles. L'odeur intense ne remplace donc pas un concept de protection technique. Les réservoirs sous pression, les conduites et les points de transbordement doivent être conçus de manière adaptée à la substance ; une surveillance appropriée, des mesures de protection et une planification d'urgence sont nécessaires. Dans certaines conditions, des mélanges inflammables avec l'air sont en outre possibles.

Quand l'ammoniac est-il considéré comme renouvelable ?

Pour une reconnaissance comme carburant renouvelable d'origine non biologique, en abrégé RFNBO, des règles particulières d'approvisionnement en électricité s'appliquent dans l'UE. Le règlement délégué (UE) 2023/1184 distingue plusieurs voies de preuve. Pour un approvisionnement ordinaire en électricité du réseau, le critère d'additionnalité ainsi que la corrélation temporelle et géographique sont notamment importants. Un contrat ordinaire d'électricité verte ne suffit pas, à lui seul, à prouver qu'ils sont remplis.

Selon l'état de la réglementation vérifié au 11 novembre 2026, la corrélation temporelle est en principe prévue sur une base mensuelle jusqu'à fin 2029 et sur une base horaire à partir de 2030 ; il faut tenir compte des exceptions et des possibilités d'application nationale anticipée. Pour les installations de production mises en service avant le 1er janvier 2028, certaines exigences d'additionnalité ne s'appliquent qu'à partir de 2038 ; les extensions de capacité ultérieures ne sont pas incluses de manière générale. Ces règles ne constituent pas une définition générale de tout ammoniac commercialisé comme « vert ». La finalité de la reconnaissance, la date de production, la catégorie d'installation et la voie de preuve doivent concorder.

Évaluer correctement les avantages et les limites

En matière de sécurité d'approvisionnement, il ne faut pas seulement s'interroger sur les pays exportateurs possibles. L'examen porte aussi sur la disponibilité des ports, l'autonomie de stockage, les livraisons de remplacement et la défaillance d'installations individuelles. Une nouvelle possibilité d'importation ne prouve pas encore un approvisionnement fiable. De même, la demande d'énergie supplémentaire doit être considérée conjointement avec les besoins existants en engrais et en matières premières chimiques.

La question d'évaluation décisive n'est donc pas de savoir si l'ammoniac est fondamentalement « bon » ou « mauvais ». Il faut examiner si sa fonction de transport et de stockage, pour une tâche précisément définie, justifie les installations supplémentaires, la demande d'énergie et les efforts de protection qu'elle implique. La distinction suivante reste particulièrement importante : l'ammoniac lui-même est-il nécessaire, ou ne sert-il que d'étape intermédiaire vers l'hydrogène, la chaleur ou l'électricité ?

Besoin existant et nouvelles utilisations

L'ammoniac est déjà une matière première industrielle importante. Son utilisation pour les engrais existe indépendamment du fait que des navires y recourent ou que des centrales en tirent de l'électricité à l'avenir. Il faut donc distinguer deux tâches : premièrement, une production à moindres émissions peut couvrir le besoin matériel existant de manière plus compatible avec le climat. Deuxièmement, de nouvelles applications comme vecteur d'énergie peuvent nécessiter de l'ammoniac supplémentaire. Pour évaluer un projet, il est décisif de savoir à quelle fin sa production sert. Une installation qui remplace de l'ammoniac produit jusqu'ici à partir de sources fossiles remplit une autre fonction qu'une chaîne d'approvisionnement qui fournit en plus de l'hydrogène à une centrale. Les deux applications nécessitent des installations de production et des infrastructures ; leurs avantages et leurs alternatives doivent être examinés séparément.

Une comparaison de coûts doit elle aussi aller jusqu'au service réellement nécessaire. Qui a besoin d'hydrogène doit prendre en compte, outre le prix de l'ammoniac, le transport, le stockage, le craquage et, le cas échéant, la purification. Qui a besoin d'électricité doit en outre inclure la reconversion en électricité. De faibles coûts sur le site de production ne signifient donc pas de faibles coûts sur le lieu de consommation. Inversement, une infrastructure portuaire et de stockage existante peut offrir des avantages. Un calcul compréhensible indique donc la limite du système, le taux d'utilisation supposé et toutes les étapes de conversion. On peut ainsi voir si deux offres comparent réellement la même quantité d'énergie utilisable au même point de livraison.

Sources

Innovation Outlook: Renewable Ammonia — International Renewable Energy Agency (IRENA) und Ammonia Energy Association (AEA); 2022-05. S. 12, 16–18, 33–34 und 69–70: Nutzung, Anlagenintegration, Herstellungsbezeichnungen und Umweltwirkungen
Ammonia Technology Roadmap — International Energy Agency (IEA); 2021-10-11. Berichtsübersicht und Executive Summary, insbesondere bestehende Verwendungen und emissionsarme Produktionswege
NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Ammonia — Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health (CDC/NIOSH); unbekannt. Formula; Physical Description; Boiling Point; Incompatibilities & Reactivities; Symptoms
Clean Ammonia Roadmap report — Institute for Sustainable Process Technology (ISPT); 2024-01-03. Abschnitte zu Transport und Wasserstoffrückgewinnung; Anhang 2, S. 62: Main properties and conversion factors
Delegierte Verordnung (EU) 2023/1184 — Europäische Kommission, veröffentlicht auf EUR-Lex; 2023-02-10. Artikel 1 und 4–7 sowie 11; EUR-Lex weist die konsolidierte Fassung vom 10. Juni 2024 als aktuell aus

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