Le processus standard de production d'engrais d'aujourd'hui contribue à représente 2 % de la population mondiale émissions de dioxyde de carbone et nécessite des matériaux coûteux et une ingénierie complexe. De plus, les communautés agricoles des pays pauvres ont souvent un accès limité aux engrais industriels et ne peuvent pas se permettre de faire face aux coûts croissants des engrais industriels. La fixation de l'azote vert est un processus durable qui peut être réalisé sur place, mettant fin à la dépendance des petits agriculteurs à l'égard des engrais importés.
Présentant de nombreux avantages environnementaux et économiques, la fixation de l’azote vert peut contribuer à réduire la pauvreté mondiale et à promouvoir la sécurité alimentaire dans les pays en développement.
Production d'engrais industriels
Les engrais industriels sont composés de composés qui fournissent aux plantes des nutriments essentiels, notamment l’azote, un élément essentiel au maintien de la vie, et des minéraux tels que le phosphore et le potassium. L'azote utilisé pour la production d'engrais est généralement obtenu à partir de l'air atmosphérique, qui réagit avec l'hydrogène présent dans le gaz naturel pour créer de l'ammoniac. L'ammoniac peut être converti en nitrate d'ammonium ou en d'autres composés azotés et mélangé à des minéraux pour produire des engrais.
L’azote atmosphérique inerte doit être « fixé » (converti en composés azotés réactifs) pour être absorbé par les cultures. Le procédé Haber-Bosch est la technique de fixation de l'azote la plus courante depuis le début des années 1900. Il catalyse la réaction entre l'hydrogène et l'azote à des températures et des pressions extrêmes, nécessitant une énergie importante et produisant une quantité importante de dioxyde de carbone.
Non seulement le procédé Haber-Bosch est énergivore, consommant près de 2 % de la demande énergétique mondiale, mais les matériaux nécessaires à la méthode peuvent être coûteux et, parfois, inaccessibles.
Chaîne d'approvisionnement en engrais
Étant donné que les ressources en phosphore, potassium et gaz naturel sont limitées et disponibles uniquement dans certaines régions du monde, la disponibilité des engrais peut fluctuer. Le conflit en cours entre l'Ukraine et la Russie a engrais considérablement réduit réserves. De nombreuses installations ukrainiennes de traitement du carburant ont été endommagées au cours des combats, réduisant sa capacité à produire du gaz naturel et faisant grimper les prix du carburant.
De plus, la Russie et la Biélorussie produisent une quantité importante d’engrais qu’elles ne sont actuellement pas en mesure d’exporter en raison des perturbations des transports et des sanctions résultant du conflit. La hausse des coûts et la pénurie d’engrais ont eu un impact significatif sur les agriculteurs et les consommateurs du monde entier. Contrairement à ceux des pays développés qui peuvent se permettre d’acheter des engrais plus chers, les producteurs de produits alimentaires des régions en développement n’ont pas les ressources financières nécessaires pour se le permettre.
Des solutions alternatives sont nécessaires pour permettre aux agriculteurs pauvres de maintenir leur sécurité alimentaire et celle de leurs communautés. Alternative prometteuse aux engrais industriels, la fixation de l’azote vert peut contribuer à réduire la pauvreté mondiale en protégeant l’approvisionnement alimentaire des pays en développement tout en apportant des avantages environnementaux et économiques supplémentaires.
Méthodes de fixation de l'azote vert sur site
Offrant la possibilité d’une production sur site à petite échelle, les méthodes de fixation de l’azote vert sont économiques et assez faciles à mettre en œuvre pour les agriculteurs éloignés. Les méthodologies comprennent les éléments suivants :
- Fixation de l'azote à base de plasma : Fixation de l'azote plasmatique utilise un gaz ionisé (plasma) pour provoquer une réaction entre l’azote atmosphérique et l’hydrogène de l’eau afin de produire de l’ammoniac. Le plasma est créé en électrisant l’air à l’aide de réacteurs à petite échelle alimentés par l’énergie solaire ou éolienne. Le processus crée des nitrates liquides qui peuvent être pulvérisés sur les cultures. Bien que la fixation de l’azote plasmatique utilise des énergies renouvelables et dispose de capacités de production à petite échelle, elle nécessite une consommation d’énergie élevée.
- Fixation de l'azote biologique : La fixation biologique de l'azote utilise des bactéries telles qu'Azotobacter pour convertir l'azote atmosphérique en ammoniac via l'enzyme nitrogénase. Les bactéries sont ajoutées au sol, permettant aux cultures d’absorber directement l’azote. La fixation biologique de l’azote élimine le besoin d’une source de carburant. Il fournit une application directe sur site, sans traitement. Cependant, il peut émettre du protoxyde d’azote (un gaz à effet de serre) lorsqu’un excès d’azote est ajouté au sol.
- Fixation photocatalytique de l’azote : Cette méthode utilise l'énergie solaire convertir l'azote atmosphérique en ammoniac, en utilisant l'eau comme source d'hydrogène. Un photocatalyseur est exposé à l’énergie solaire pour générer la réaction entre l’hydrogène et l’azote pour former de l’ammoniac. Bien que la méthode utilise de l’énergie renouvelable et dispose d’une capacité de production sur site, les catalyseurs actuels sont inefficaces et la réaction perd une grande partie de son énergie sous forme de chaleur.
Les scientifiques s’efforcent d’améliorer encore ces techniques afin d’accroître leur efficacité. Avec autant d’avantages potentiels pour les agriculteurs isolés, il est prometteur que la fixation de l’azote vert puisse contribuer à réduire la pauvreté mondiale en permettant une agriculture durable à petite échelle et en contribuant à mettre fin à l’insécurité alimentaire dans le monde.
L'approche agrogéologique
En plus de l’azote, les plantes ont également besoin de minéraux essentiels pour une croissance optimale. Pour contourner la dépendance aux importations, ces minéraux peuvent être obtenus localement. Bien que l’industrie des engrais cible principalement les macronutriments (principaux) des plantes, tels que l’azote, le phosphore et le potassium, l’approche « agrogéologique » utilise également des micronutriments (secondaires) pour maintenir la fertilité des sols. Généralement disponibles dans le monde entier, les sources de phosphore et de potassium comprennent le fumier animal, les feuilles mortes et les boues d'épuration.
Les nutriments secondaires pour la croissance des plantes, tels que le calcium, le magnésium, le fer, le zinc et le cuivre, peuvent être obtenus à partir de cendre de bois, de marne (une roche argileuse sédimentaire) et de roche phosphatée. Nécessitant souvent un traitement minimal, ces ressources peuvent être trouvées dans les déchets industriels ou dans la nature et, avec l’azote provenant de la fixation de l’azote vert, peuvent fournir durablement aux cultures les nutriments nécessaires à leur croissance.
Perspectives pour la fixation de l’azote vert
La population mondiale pourrait atteindre 10 milliards d’habitants d’ici 2050, ce qui augmenterait encore l’offre déjà rare d’engrais et accroîtrait la demande de production alimentaire des pays pauvres. La fixation de l’azote vert est une solution prometteuse pour la fertilité des sols, notamment lorsqu’elle est associée à des techniques agrogéologiques. Il peut contribuer à réduire la pauvreté mondiale en renforçant la résilience et l’indépendance des agriculteurs locaux tout en contribuant à la protection de l’environnement.
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