Une équipe de recherche de l'Université nationale de Singapour a récemment mis au point un catalyseur de platine monoatomique capable d'enflammer l'ammoniac à une basse température d'environ 215 °C et de maintenir une combustion stable à une température élevée de 1100 °C, tout en contrôlant les émissions d'oxydes d'azote à un niveau extrêmement bas. Ce résultat offre une solution potentielle d'énergie thermique sans carbone pour les industries à fortes émissions telles que la sidérurgie, la cimenterie et la chimie. La recherche a été publiée dans la revue scientifique Joule.

L'ammoniac, en tant que combustible sans carbone, peut être synthétisé à partir d'air, d'eau et d'électricité renouvelable, et il est facile à stocker et à transporter sous forme liquide. Cependant, la combustion de l'ammoniac présente des défauts inhérents tels qu'une température d'inflammation élevée, une vitesse de flamme lente et une tendance à former des oxydes d'azote à haute température, ce qui a longtemps empêché l'industrie lourde de l'utiliser comme combustible alternatif. L'équipe de recherche dirigée conjointement par le professeur Yan Ning du département de génie chimique et biomoléculaire et le professeur assistant He Qian du département de science et génie des matériaux de l'Université nationale de Singapour a proposé une voie technique de « combustion catalytique de l'ammoniac à haute température », en utilisant un catalyseur conçu au niveau atomique pour résoudre les problèmes susmentionnés.

L'équipe de recherche a dispersé et ancré des atomes de platine uniques sur un support d'alumine renforcé par de la zircone. Cette structure empêche l'agrégation des atomes métalliques à haute température, permettant au catalyseur de rester structurellement stable dans des environnements dépassant 1000 °C. Les tests en laboratoire montrent que ce catalyseur peut enflammer l'ammoniac à environ 215 °C, bien en dessous de la température de plus de 500 °C requise pour la combustion conventionnelle, et fonctionner en continu pendant plus de 80 heures à 1100 °C, réalisant une conversion complète des molécules d'ammoniac avec des émissions d'oxydes d'azote d'environ 50 ppm seulement.

Le professeur assistant He Qian a déclaré : « L'industrie lourde a besoin d'une énergie thermique de haute qualité, pas seulement de gaz d'échappement propres. Notre objectif est de faire d'une pierre deux coups : rendre l'ammoniac plus facile à enflammer tout en maintenant de faibles émissions d'oxydes d'azote lors d'un fonctionnement à haute température. » Du Yankun, premier auteur de l'article, a souligné : « L'ammoniac a toujours été considéré comme un combustible à faible teneur en carbone très prometteur, mais pour réaliser véritablement son application, il faut résoudre un problème chimique de longue date. Notre catalyseur montre qu'il est possible de libérer l'énergie de l'ammoniac de manière propre et fiable. »

La prochaine étape pour l'équipe de recherche est de mener des essais à l'échelle pilote avec le soutien du Centre d'innovation sur l'hydrogène de l'Université nationale de Singapour, en testant les performances du catalyseur dans des dispositifs réels tels que des brûleurs industriels, des turbines à gaz ou des réacteurs à haute température, afin de faire progresser cette technologie vers l'industrialisation.

Détails de la publication : Yankun Du et al., Un catalyseur monoatomique permet la combustion catalytique de l'ammoniac à 1 100 °C, Joule (2025). Informations sur la revue : Joule