La synthèse d’ammoniac est la production d’ammoniac à partir de la combinaison d’hydrogène et d’azote gazeux. La plupart de l’ammoniac produit est utilisé comme engrais, bien qu’il puisse être utilisé à d’autres fins, comme la fabrication d’explosifs. Le procédé a été développé en Allemagne au début des années 1900.
L’atmosphère est pleine d’azote gazeux, mais il n’est pas réactif et ne se combine généralement pas avec d’autres éléments. La stratégie de base pour fabriquer de l’ammoniac, NH3, consiste à combiner de l’hydrogène gazeux, H2, avec de l’azote gazeux, N2, à haute température et sous haute pression. Chimiquement, il s’agit d’une réaction difficile, elle nécessite donc un agent pour accélérer le processus.
Un catalyseur est un composé qui rend une réaction plus rapide. En synthèse d’ammoniac, le catalyseur utilisé est généralement le fer. Le type de fer utilisé est le minerai de magnétite réduite. Il existe d’autres produits chimiques qui peuvent être utilisés comme catalyseurs, mais le fer est le plus courant.
La source de l’hydrogène gazeux est généralement le gaz naturel, également connu sous le nom de méthane, CH4. Ceci décrit le processus de base de la synthèse de l’ammoniac. De nombreuses autres étapes ont lieu dans une usine de synthèse d’ammoniac. Les composés soufrés sont d’abord éliminés du gaz naturel par réaction avec l’oxyde de zinc, qui se transforme en sulfure de zinc. Cela laisse du méthane libre, qui subit plusieurs autres transformations pour générer de l’hydrogène gazeux.
La température utilisée est d’environ 1482°F (400°C). La pression utilisée est inférieure à ce qui est optimal pour la réaction. Pour des raisons de sécurité, une pression d’environ 200 atmosphères (atm) est utilisée. Le rendement est d’environ 10 à 20 % dans ces conditions. Au fur et à mesure que le mélange quitte le réacteur, il est refroidi, de sorte que l’ammoniac deviendra un liquide. La chaleur est captée et réutilisée pour chauffer les gaz entrants.
Cette méthode de synthèse de l’ammoniac est connue sous le nom de procédé Haber, car elle a été créée par le chimiste allemand Fritz Haber, qui a développé les conditions de la réaction chimique. Il l’a développé pendant une pénurie d’engrais contenant de l’azote au début des années 1900, et parce que l’Allemagne avait besoin d’explosifs pour la Première Guerre mondiale. Actuellement, l’ammoniac est produit à grande échelle dans le monde entier.
Une autre façon de produire de l’hydrogène pour la réaction est l’électrolyse de l’eau. L’électrolyse utilise l’électricité pour décomposer les composés. Dans ce cas, l’eau est décomposée en hydrogène et oxygène. Cela a été fait en conjonction avec la production d’électricité à partir de centrales hydroélectriques. Dès 1911, l’électrolyse de l’eau a été utilisée pour fournir de l’hydrogène pour la synthèse de l’ammoniac.
Certains micro-organismes sont capables d’utiliser l’azote gazeux de l’air pour produire de l’ammoniac. Ce processus est appelé fixation de l’azote. Dans ce cas, les catalyseurs sont des enzymes complexes appelées nitrogénases. Les bactéries qui effectuent ce processus vivent sur les racines des légumineuses, comme les pois. La fixation de l’azote a considérablement amélioré l’état nutritif de nombreux sols.