Ammonia Cracking by Atmospheric Pressure NH₃ Plasmas for Hydrogen ProductionAmmonia Cracking by Atmospheric Pressure NH₃ Plasmas for Hydrogen Production

Crackage de l'ammoniac par plasmas NH₃ à pression atmosphérique pour la production d'hydrogène L'ammoniac joue un rôle crucial dans le secteur de l'énergie, notamment en tant que vecteur d'hydrogène plus facilement transportable. Le Japon, par exemple, l'utilise pour produire l'hydrogène nécessaire à son mix énergétique. Actuellement, sa production est basée sur le procédé Haber-Bosch, qui fonctionne en continu mais qui n'est pas adapté aux sources d'énergie intermittentes telles que l'énergie solaire ou photovoltaïque. L'utilisation de plasmas micro-ondes pour décomposer l'ammoniac pourrait offrir une alternative viable, sans catalyseur, compatible avec une production d'énergie alternative et localisée. Dans ce travail, nous avons étudié la dissociation du NH₃ dans un plasma micro-ondes fonctionnant à 2,45 GHz. Une revue de la littérature a révélé que la décomposition de l'ammoniac a souvent été étudiée à haute dilution avec des gaz porteurs tels que l'azote ou l'argon. Cependant, les propriétés fondamentales de la molécule d'ammoniac et des radicaux qu'elle génère (NH, NH₂) restent incomplètes, ce qui complique le développement de modèles satisfaisants pour les plasmas riches en ammoniac. Le dispositif expérimental a nécessité la conception d'un réacteur spécifique équipé d'un dispositif à cavité résonante et d'un équipement de diagnostic avancé. Un plasma d'ammoniac sous pression réduite (10 à 500 mbar) a été généré à l'aide d'une source micro-ondes de 2,45 GHz, avec des précautions strictes pour assurer la sécurité des opérateurs. Les gaz ont été analysés par absorption infrarouge et chromatographie en phase gazeuse, ce qui a permis d'obtenir des taux de dissociation précis. L'étude a révélé que la dissociation augmente avec la puissance et la pression, mais diminue avec le débit de gaz. Des températures rotationnelles d'environ 2 500 K et une température électronique d'environ 0,5 eV ont été déterminées. Les résultats obtenus montrent une conversion du NH₃ jusqu'à 97% avec un rendement énergétique de 8%, et jusqu'à 14% pour une conversion de 28%. Bien que ces performances soient prometteuses, elles restent inférieures aux procédés thermiques assistés par des catalyseurs. L'efficacité du procédé dépend fortement de la gestion des gradients thermiques et électroniques au sein de la cavité micro-onde. Enfin, l'influence de la surface du tube du réacteur en silice fondue a été étudiée, démontrant une amélioration de la dissociation du NH₃ grâce à une interaction hétérogène avec les espèces radicalaires. Le passage à un fonctionnement à pression atmosphérique pourrait encore améliorer l'efficacité énergétique du processus, le rendant plus compétitif par rapport aux approches thermiques tout en évitant l'utilisation de catalyseurs. Cependant, la viabilité de cette technologie nécessitera que l'ammoniac soit produit à partir de sources décarbonées afin de garantir un rendement énergétique favorable.