Microwave Heating-Assisted Chemical Looping Ammonia Synthesis

Remplacer les combustibles fossiles par des sources d’énergie renouvelables constitue une stratégie prometteuse pour lutter contre le réchauffement climatique. Toutefois, la nature intermittente des énergies renouvelables complique leur stockage et leur transport. L’hydrogène vert (H2), produit à partir d’électricité renouvelable, représente une solution de stockage prometteuse. Cependant, sa forte inflammabilité et l’énergie nécessaire à sa liquéfaction ou à sa compression posent de sérieux défis. La conversion de l’hydrogène vert en ammoniac constitue une alternative plus sûre et plus pratique, réduisant jusqu’à trois fois les coûts de stockage et de transport, car l’ammoniac peut être liquéfié dans des conditions plus douces. Le procédé Haber-Bosch (HB) est largement utilisé pour la production d’ammoniac, mais il nécessite des conditions extrêmes (100–300 bar, 450–600°C) et n’est économiquement viable qu’à grande échelle (1000–5000 tonnes/jour). Dans cette thèse, nous avons introduit la technologie de synthèse d’ammoniac par bouclage chimique assisté par chauffage micro-ondes (MHCLAS). En intégrant le chauffage micro-ondes (MW) à la synthèse d’ammoniac par bouclage chimique (CLAS), nous avons obtenu une production d’ammoniac à pression atmosphérique et à des températures de masse aussi basses que 150°C. La méthode CLAS divise la synthèse en deux étapes : la nitruration et l’hydrogénation. Lors de la nitruration, un porteur d’azote (NC) spécialement conçu est exposé à un flux de N2, facilitant sa dissociation et la formation de nitrures. Ensuite, le NC nitruré réagit avec H2 pour produire de l’ammoniac et régénérer le NC, complétant ainsi le cycle. Cette méthode évite l’adsorption compétitive de N2 et H2 sur les catalyseurs, une limite majeure du procédé HB. Pour réduire davantage la température de réaction, nous avons développé un nouveau NC et mis en œuvre un chauffage MW sélectif pour maximiser la production en maintenant une température gazeuse plus basse que celle du solide.