Retour vers le futur : une molécule bien connue recèle des possibilités tout à fait nouvelles

Hydrogène Retour vers le futur : une molécule bien connue recèle des possibilités tout à fait nouvelles

08.10.2026 Par Dominik Stephan 7 min Temps de lecture

L'ammoniac, c'est de l'histoire ancienne – du moins en chimie –, n'est-ce pas ? En réalité, dans le cadre de la transition vers une économie sans énergies fossiles, ce gaz se voit confier des rôles tout à fait nouveaux, comme le souligne un projet mené dans la région de la Ruhr.

Sur le site d'Uniper à Gelsenkirchen-Scholven, une installation de démonstration est en cours de construction ; elle est destinée à séparer l'ammoniac en hydrogène et en azote.(Image : thyssenkrupp Uhde) — Sur le site d'Uniper à Gelsenkirchen-Scholven, une installation de démonstration est en cours de construction ; elle est destinée à séparer l'ammoniac en hydrogène et en azote.
(Image : thyssenkrupp Uhde)

Le synthèse de l'ammoniac compte parmi les réactions qui ont marqué l'histoire de l'industrie : le procédé Haber-Bosch a permis de fixer chimiquement l’azote de l’air à grande échelle. Il a ainsi jeté les bases des engrais azotés synthétiques – et a profondément transformé l’agriculture : aujourd’hui, environ 70 à 80 % de l’ammoniac produit dans le monde est destiné à la fabrication d’engrais. Sans cette utilisation, il serait pratiquement impossible d’assurer l’alimentation d’une grande partie de la population mondiale. Mais l’industrie chimique utilise également l’ammoniac comme matière première, notamment comme réfrigérant, comme composant de base pour les plastiques et pour d’autres composés azotés. À l’échelle mondiale, la production annuelle d’ammoniac dépasse largement les 150 millions de tonnes.

En 2026, l'accent sera mis sur la réaction inverse : l'ammoniac devra à nouveau être décomposé en azote et en hydrogène – et une installation de démonstration située sur le site de la centrale Uniper de Gelsenkirchen-Scholven devra montrer comment ce processus peut être mis en œuvre dans des conditions industrielles. Contrairement à ce qui était le cas aux débuts de la chimie, ce n’est pas l’azote qui est ici au centre de l’intérêt. L’hydrogène est considéré comme un élément clé de la décarbonisation de l’industrie et de l’approvisionnement énergétique. Mais sa faible densité énergétique volumétrique rend son transport et son stockage complexes. L’hydrogène gazeux nécessite, pour être transporté, soit des pressions élevées, soit de grands volumes. L’hydrogène liquide, en revanche, doit être refroidi à environ moins 253 degrés Celsius. Ces deux méthodes nécessitent de l’énergie et une infrastructure sur mesure. À cela s’ajoute le fait que l’hydrogène peut provoquer une fragilisation de certains matériaux. Le choix des matériaux et la conception des installations requièrent donc une attention particulière.

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L'expérience acquise à Gelsenkirchen devrait également être mise à profit dans le terminal d'importation qu'Unipers prévoit de construire à Wilhelmshaven. La mise en service à Scholven est prévue pour fin 2026.(Image : thyssenkrupp Uhde)

L'installation est conçue pour traiter 28 tonnes d'ammoniac par jour. Cela devrait permettre de produire environ quatre tonnes d'hydrogène par jour.(Image : thyssenkrupp Uhde)

En collaboration avec Thyssenkrupp Uhde, Uniper lance à Gelsenkirchen la construction de l'une des toutes premières installations industrielles de craquage de l'ammoniac au monde.(Image : Uniper)

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Un vieux tissu qui trouve une nouvelle utilité

C'est pourquoi il se passe quelque chose à Gelsenkirchen : sur le site de la centrale Uniper de Scholven, une immense grue de chantier s'élève vers le ciel, entre des échafaudages rutilants et des ponts tubulaires. Et ce n'est pas, comme ce fut le cas récemment, pour démolir d'anciennes infrastructures de la centrale, telles que des tours de refroidissement. Il s’agit de l’avenir : sur un terrain dégagé où l’on stockait encore des cendres il y a quelques années à peine, une installation unique en son genre s’élève, avec en son centre une tour angulaire haute de plusieurs étages. Comme souvent, le secret de cette installation se cache à l’intérieur : sur presque toute la longueur du bâtiment, sept tubes de réaction en acier traversent une immense chambre de combustion. Le futur exploitant, Uniper, est convaincu que cela permettra de tester un élément central d’une économie énergétique post-fossile : la dissociation de l’ammoniac en azote et en hydrogène.

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En effet, contrairement au méthanol, par exemple, l'ammoniac peut être produit sans aucun carbone – ce qui permet une production totalement neutre sur le plan climatique à partir de l’hydrogène issu de l’électrolyse et l’azote atmosphérique, ce qui est nettement plus simple que pour le méthanol. Mais on n’en est pas encore là, même à Gelsenkirchen : la nouvelle installation, qui doit tester dans les années à venir des catalyseurs et des modes de fonctionnement dans des conditions réalistes, sera dans un premier temps alimentée en ammoniac « gris » issu de l’industrie chimique. En effet, ce projet n’est que la première étape d’un univers de l’ammoniac bien plus vaste : si le procédé fait ses preuves, six craqueurs d’ammoniac d’une capacité de 1 200 tonnes par jour (chiffres fournis par Uniper) devraient voir le jour à Wilhelmshaven d’ici quelques années, sur le modèle de l’installation de Gelsenkirchen, selon les responsables du projet.

En effet, contrairement à l'hydrogène, l'ammoniac est facile à transporter. Ce gaz se liquéfie dès -33 °C ou à une pression modérée de 8 à 10 bars, contrairement à l'hydrogène pur, qui doit être refroidi à la température extrêmement basse de -253 °C. De plus, le NH₃ présente, à volume égal, une densité énergétique nettement supérieure à celle de l’hydrogène liquide. Et ce n’est pas tout : l’ammoniac figurant déjà parmi les produits chimiques les plus commercialisés au monde, il existe déjà plus de 200 ports, pipelines et navires-citernes conçus pour le transbordement à grande échelle de l’ammoniac. Alors que l’Allemagne met en place un réseau national d’hydrogène, l’infrastructure dédiée au NH₃ existe déjà. Certes, pas à l’échelle qui serait nécessaire pour la décarbonisation mondiale, mais une chaîne de valeur mondiale n’aurait tout de même pas à partir de zéro.

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Dans la zone du réacteur, sept tubes en acier traversent une chambre de combustion. C'est là qu'un catalyseur est censé favoriser la dissociation de l'ammoniac à haute température.(Image : thyssenkrupp Uhde) — Dans la zone du réacteur, sept tubes en acier traversent une chambre de combustion. C'est là qu'un catalyseur est censé favoriser la dissociation de l'ammoniac à haute température.
(Image : thyssenkrupp Uhde)

En effet, l'ammoniac contient environ 17,6 % d'hydrogène (en pourcentage massique). Les producteurs pourraient fabriquer ce gaz vert dans des régions ensoleillées et venteuses à l'aide d'électricité renouvelable, puis le combiner avec de l'azote pour obtenir de l'ammoniac. Pour cela, on utiliserait le procédé Haber-Bosch, déjà bien établi. Une fois sur le lieu de destination, un craqueur pourrait à nouveau séparer l’ammoniac en ses composants – azote et hydrogène. L’azote provient à l’origine de l’air et peut, en principe, y retourner après le craquage. Cependant, l’ammoniac ne doit pas nécessairement être reconverti en hydrogène. L’industrie chimique l’utilise directement comme matière première. D’autres applications, notamment dans le secteur maritime, sont également à l’étude. La rentabilité du craquage dépend donc de la capacité d’un site à mieux valoriser l’hydrogène ou l’ammoniac.

Des étapes intermédiaires vers l'avenir

À Gelsenkirchen, l'exploitant de centrales électriques Uniper (qui faisait autrefois partie d'E.on) et le constructeur d'installations et spécialiste technologique Thyssenkrupp Uhde prévoient une capacité de traitement de 28 tonnes d'ammoniac par jour. Cela devrait permettre de produire environ quatre tonnes d'hydrogène par jour. Selon les responsables du projet, cette installation ne servira pas de site de production commercial, mais visera à fournir une expérience opérationnelle et des données permettant d'optimiser le procédé.

Du point de vue des responsables du projet, les questions centrales portent notamment sur l'activité et la durée de vie de différents types de catalyseurs, ainsi que sur les besoins en chaleur et le comportement de l'installation dans des conditions d'exploitation variables. Mais la pureté et la qualité de l'hydrogène sont également déterminantes pour la suite du traitement. L'installation de démonstration doit montrer comment le procédé peut être intégré de manière fiable dans un environnement industriel.

Après le craquage catalytique, le gaz produit contient de l'hydrogène et de l'azote, ainsi que des traces d'ammoniac n'ayant pas réagi complètement. Un lavage de gaz en aval, appelé « laveur de contrôle », doit retenir cet ammoniac résiduel avant qu'il ne puisse endommager les étapes suivantes du processus. Ensuite, un procédé d’adsorption à pression alternée (ou PSA) sépare l’hydrogène de l’azote et prépare l’hydrogène en vue de son utilisation ultérieure. Ceci est particulièrement important lorsque l’hydrogène est utilisé dans des applications sensibles : les piles à combustible, par exemple, sont très sensibles aux impuretés. Pour les clients industriels, des exigences de pureté précisément définies s’appliquent également en fonction du procédé.

Le traitement des gaz d'échappement fait également partie de l'analyse globale : il faut bien sûr commencer par fournir de la chaleur pour le processus de craquage endothermique, ce qui peut générer, selon le mode de chauffage utilisé, des émissions qui doivent être traitées. C'est pourquoi le bilan carbone ne peut être évalué uniquement sur la base de la réaction chimique.

Un test en vue de projets plus ambitieux

L'installation de Scholven devrait également permettre d'acquérir de l'expérience pour le projet d'UniPer

L'hydrogène produit doit être injecté dans le réseau central allemand d'hydrogène. Uniper évoque, pour la phase de déploiement complète, un volume d’hydrogène potentiel d’environ 350 000 tonnes par an et une mise en service au début des années 2030. D’ici là, l’entreprise doit garantir, outre la technologie et l’infrastructure, l’approvisionnement en ammoniac et la rentabilité de l’ensemble du système.

L'installation de démonstration de Scholven s'inscrit ainsi dans le cadre d'une stratégie de chaîne d'approvisionnement à bien plus grande échelle. Thyssenkrupp Uhde apporte son expertise en matière de procédés et de construction d'installations, tandis qu'Uniper met à disposition le site et son expérience opérationnelle. Les deux entreprises souhaitent tirer parti des enseignements tirés pour poursuivre le développement de cette technologie en vue de la mise en œuvre dans des installations de plus grande envergure.

Combien d'énergie coûte ce détour ?

L'ammoniac permet de transporter l'hydrogène sur de longues distances. Cependant, la synthèse, la liquéfaction, le transport et la dissociation consomment également de l'énergie. Si l'ammoniac est utilisé directement à destination, le craquage n'est pas nécessaire ; en revanche, si un client a besoin d'hydrogène pur, il faut prendre en compte l'ensemble de la chaîne de transformation. La sécurité et le bilan climatique méritent également une attention particulière : l’ammoniac est toxique et nécessite donc des mesures strictes de protection, de surveillance et de gestion des urgences. Pour une chaîne d’approvisionnement respectueuse du climat, il faut en outre utiliser de l’hydrogène renouvelable. L’unité de craquage de Gelsenkirchen doit contribuer à répondre à ces questions grâce à l’expérience acquise lors de son exploitation. Les essais porteront non seulement sur le réacteur et le catalyseur, mais aussi sur l’approvisionnement en chaleur, l’épuration des gaz et l’intégration des installations. Seules ces données permettront de déterminer dans quelle mesure le procédé peut être exploité de manière fiable et efficace dans le cadre d’une production industrielle quotidienne.

Uniper et thyssenkrupp Uhde testent ce procédé dans des conditions industrielles à Scholven. Les données d'exploitation recueillies serviront à la conception d'installations de plus grande envergure.(Image : thyssenkrupp Uhde) — Uniper et thyssenkrupp Uhde testent ce procédé dans des conditions industrielles à Scholven. Les données d'exploitation recueillies serviront à la conception d'installations de plus grande envergure.
(Image : thyssenkrupp Uhde)

Il y a plus d'un siècle, la synthèse de l'ammoniac a permis à l'industrie d'exploiter l'azote présent dans l'air. À Scholven, on teste désormais le processus inverse. Ce n’est pas uniquement dans le réacteur que se décidera si la dissociation de l’ammoniac peut jouer un rôle tout aussi important pour l’économie de l’hydrogène. Les facteurs déterminants sont les coûts, les besoins énergétiques, la sécurité et la disponibilité d’ammoniac issu de sources renouvelables. Cette matière première traditionnelle pourrait ainsi devenir le vecteur de transport d’une nouvelle économie énergétique.

Le transport de l'hydrogène : les principales options

Hydrogène gazeux : transport par gazoduc ou dans des réservoirs sous pression. Les gazoducs sont particulièrement adaptés au transport de grandes quantités et à un approvisionnement continu.
Hydrogène liquide : la liquéfaction permet de transporter de plus grandes quantités, par exemple par bateau. Pour cela, l'hydrogène doit être refroidi à environ moins 253 degrés Celsius.
Ammoniac : il se lie chimiquement à l'hydrogène et peut être liquéfié relativement facilement. Pour obtenir de l'hydrogène pur, il faut généralement le dissocier à nouveau une fois arrivé à destination.
Méthanol : il permet de transporter de l'hydrogène sous forme chimiquement liée et s'appuie sur une logistique déjà en place. Sa récupération nécessite une transformation ; son bilan carbone dépend également de la source de carbone utilisée.
LOHC : les véhicules organiques liquides absorbent l'hydrogène et le restituent une fois arrivés à destination. Cela facilite le stockage et le transport, mais nécessite de l'énergie supplémentaire pour la récupération.
Utilisation directe : l'ammoniac et le méthanol peuvent également servir eux-mêmes de matières premières ou de sources d'énergie. Dans ce cas, la reconversion en hydrogène n'est plus nécessaire.