NH3
Une fabrication industrielle depuis 1913
Origine
Pour produire 1 tonne d’ammoniac (NH3), il faut 658 m3 de diazote et 1 974 m3 de dihydrogène, mesurés à 1 bar et 25 °C. Le diazote provient de l’air. Le dihydrogène est obtenu principalement par vaporéformage du gaz naturel (composé de méthane, CH4. Particulièrement en Chine, il est aussi produit à partir du charbon, lors de l’élaboration du coke ou par gazéification en présence d’eau.
Production
Sa fabrication industrielle est réalisée selon le procédé Haber-Bosch dont la première industrialisation a eu lieu, en 1913, par BASF, à Oppau, en Allemagne. La synthèse de NH3 a lieu à haute pression (8 à 30 MPa), 350 à 500 °C, en présence de catalyseurs contenant du fer. Le rendement est faible (environ 20 %), ce qui nécessite un recyclage du gaz non converti après récupération de NH3 .
Lieu de production
La Chine, en 2012, comptait 394 usines de production d’ammoniac. Aux États-Unis, en 2016, 13 sociétés exploitent 31 usines de production. Dans l’Union européenne, en 2013, avec une capacité de production de 20,613 millions de t/an de NH3, on dénombrait 42 usines de production d’ammoniac. La France, qui produit de l’ordre de 509 000 tonnes de NH3, compte 4 usines.
Remarques
Autrefois, l’ammoniac était produit par distillation du purin et du fumier, puis jusqu’au milieu du XIXe siècle il est extrait des eauxvannes dans lesquelles il se forme par décomposition de l’urée. Après 1850, on l’obtient comme sousproduit de l’industrie du gaz de ville. À la même époque, l’importance de l’ammoniac comme constituant des engrais azotés va poser la question de voies de production industrielle des engrais qui allait révolutionner la préparation de l’ammoniac, mais aussi l’industrie chimique par le recours à la catalyse et aux réactions sous pression. Le problème de la fixation du diazote de l’air était posé. Bien que 78,1 % de l’air que nous respirons soit constitué de diazote, celui-ci est relativement peu réactif. Dès le début du XXe siècle de nombreux chimistes ont essayé de produire l’ammoniac par réaction du dihydrogène avec le diazote. C’est en 1909 que cette hydrogénation, effectuée en présence d’un catalyseur à base d’oxydes de fer, a été démontrée grâce à l’emploi d’équipements mis au point par Robert Le Rossignol. Le procédé a été acheté par la BASF (Badsiche und Anilin Soda Fabrik) qui a confié à Karl Bosch la tâche difficile de développer à l’échelle industrielle le procédé qui porte le nom de procédé Haber-Bosch. Source : Société Chimique de France, Jean-Louis Vignes , Gilles André, Frédéric Kapala. Cette source a également été utilisée en partie pour la rédaction du texte sur le CO2.
CO2
Pour l’industrie : aussi un coproduit manufacturé
Origine
Le dioxyde de carbone (CO2) est naturellement émis par la respiration des êtres vivants et peut être présent dans le sol sous forme de gisements. Mais aujourd’hui, alors que sa concentration dans l’atmosphère a considérablement augmenté, 90 % du CO2 émis résulte essentiellement de la combustion des énergies fossiles et est surtout issu du secteur des transports (combustion de carburants), de l’industrie (utilisation d’énergies fossiles) et de l’habitat (utilisation d’énergie pour le chauffage, l’éclairage, …). Le CO2 est en outre un sous-produit industriel issu de la fabrication de l’ammoniac (lors de la production de H2), de la chaux et des ciments (calcination du calcaire), du méthanol, du bioéthanol, de la bière, du vin (fermentations alcooliques)...
Production
Actuellement la plus grande partie de dioxyde de carbone produit, en particulier lors de la combustion de produits pétroliers et du charbon, est rejetée dans l’atmosphère. De nombreux producteurs d’ammoniac cèdent le dioxyde de carbone formé (lire plus haut) aux groupes producteurs de gaz industriels qui s’occupent de purifier et de liquéfier le gaz avant commercialisation. En usage alimentaire comme en tant que fluide frigorigène, le CO2 doit être d’une très grande pureté. Des sociétés se sont spécialisées uniquement dans la production de CO2 à l’exemple du groupe belge ACP.
Lieu de production
Basé aux États-Unis, Praxair est le premier producteur mondial avec une douzaine d’usines de CO2 aux USA, une dizaine en Europe, en Thaïlande… Le Français Air liquide possède une soixantaine d’usines dont 4 en France. Parmi les autres grands noms il faut aussi citer l’Allemand Linde ou encore Air Products, Yara, ACP et Messer... En 2015, la production de l’Union européenne a été de 6,270 millions de tonnes. La France en a produit plus de 810 000 tonnes cette année-là.
Remarques
Depuis de nombreuses années, d’aucuns rêvent d’aller directement capter le CO2 dans l’air ambiant, afin de récupérer les émissions de gaz à effet de serre provenant des transports, des villes, de l’agriculture… Comme le font remarquer les spécialistes, cette ambition n’est pas une mince affaire, tant le dioxyde de carbone est rare dans l’atmosphère : moins de 0,04 %, loin derrière l’azote (78 %) et l’oxygène (21 %). Pour l’heure, beaucoup d’experts considèrent que le projet est encore antiéconomique, voire irréaliste. Pourtant plusieurs projets de capture du CO2 ambiant sont à l’étude.