Considéré par certains comme le progrès technologique le plus important du 20ème siècle, le procédé « Haber-Bosch » de fixation de l’azote pour la création d’engrais à base d’ammoniac, commercialisé par BASF en 1913 et toujours utilisé de nos jours, a fortement contribué à l’éradication de la famine des pays développés. Néanmoins, en faisant intervenir des conditions de température et de pression extrêmes, ce procédé reste très énergivore. Entre 3 et 5 % de la production annuelle mondiale de gaz naturel ‒ environ 1 à 2 % de l’approvisionnement énergétique annuel mondial ‒ est consommée pour produire plus de 500 millions de tonnes d’engrais azotés, permettant de nourrir environ 40 % de la population mondiale.
Avec la production de gaz naturel utilisé pour le procédé Haber-Bosch, on dépense chaque année 11 Md€ en gaz naturel, et émettons 7,6 Md de tonnes de CO2 pour créer de l’ammoniac destiné à produire des engrais.
Les chimistes tentent, depuis des décennies, d’améliorer l’efficacité énergétique de ce processus sans succès notable. Certains experts ont, pourtant, la conviction qu’il doit exister un catalyseur capable de mettre en œuvre le processus de fixation de l’azote de manière beaucoup plus efficace énergétiquement que le procédé « Haber-Bosch ». Ils se basent sur l’observation de certaines bactéries capables de fabriquer de l’ammoniac dans des conditions normales de températures et de pression ambiantes à l’aide d’une enzyme – la nitrogénase –, mais ne comprennent pas les mécanismes sous-jacents à cette fixation de l’azote.
Et les technologies quantiques dans tout cela ?
Grace à leur capacité à simuler efficacement des interactions physiques et chimiques au niveau atomique, les ordinateurs quantiques pourraient contribuer à l’identification d’un catalyseur bio-inspiré efficace pour la production d’ammoniac dans des conditions normales de température et de pression. Des travaux de recherche menés sur ce sujet, ont démontré qu’une heure de calcul serait suffisante à un ordinateur quantique de quelques centaines de qubits pour résoudre ce problème. Ceci pourrait très bien être atteignable dès les prochaines années.
En contribuant à réduire l’empreinte énergétique de production d’engrais, le calcul quantique pourrait alors offrir des perspectives révolutionnaires en termes d’économies et de réduction de l’impact écologique de l’industrie agroalimentaire.
