Entreprises et monde agricole

Des solutions pour maîtriser vos émissions de N2O

Mis à jour le 28/08/2017

Les solutions de traitement sont spécifiques à chacun des procédés émetteurs du protoxyde d'azote. L'approche retenue pour les présenter est donc sectorielle.

Les ateliers de production d'acide nitrique

Les ateliers d’acide nitrique constituent des sources non négligeables de protoxyde d’azote, et donc plus généralement de gaz à effet de serre (GES). Les niveaux d'émission dépendent de la technologie utilisée. Toutefois, un niveau de rejet de 6 à 8 kg de N2O par tonne d’acide nitrique 100 % est représentatif de la situation européenne.
On estime sur ces bases les rejets de l’ensemble des ateliers français (une vingtaine) à environ 21 000 tonnes par an, ce qui correspond, compte tenu d’un coefficient 310, à 6 510 000 tonnes d’équivalent CO2, soit 1,35 % de l’ensemble des rejets français de GES (base 1990) et respectivement 1,2 % et 5,3 %, d’une part, des rejets français et, d’autre part, des émissions industrielles des projections 2010 évaluées à 144 MteC (million de tonnes d'équivalent carbone) sur les bases des mesures déjà décidées.

Réduction à la source

Deux voies de réduction à la source sont envisageables pour réduire le N2O issu des ateliers d'acide nitrique.

La décomposition homogène

Cette solution nécessite la mise en œuvre d’un réacteur d’oxydation de l’ammoniac de dimension suffisante afin que le gaz de procédé reste à haute température sur une durée permettant d’obtenir une décomposition spontanée du N2O en N2.
Cette méthode a été brevetée par le groupe norvégien Hydro et a été installée dans l’atelier le plus récent construit à Porsgrunn (Norvège) en 1991.
Elle peut être appliquée aux nouvelles unités moyennant une augmentation jugée acceptable de l’investissement. Pour une unité existante, son coût (environ 3 M€) est jugé trop important par les exploitants.
Le rendement de cette méthode peut par ailleurs présenter certaines limites.

La modification de toiles de platine

Des travaux de recherche sont en cours afin de modifier la composition des toiles et d'éviter à la source la formation du N2O. Les potentialités de réduction des rejets par cette méthode semblent toutefois limitées, et des conséquences sur le rendement de l’atelier ne peuvent être totalement écartées.

Traitement des effluents

Si les solutions préventives ne sont pas envisageables ou se révèlent insuffisamment efficaces, différents traitements curatifs des effluents gazeux chargés en N2O peuvent être mis en œuvre. On utilise alors des procédés qui font appel aux principes de la catalyse, mais qui utilisent des catalyseurs spécifiques à un polluant. Toutefois, ces catalyseurs peuvent être affectés au niveau de leur activité par d'autres polluants ou induire des réactions secondaires, ce qui implique d'avoir une approche multipolluants.

On distingue :

  • la décomposition catalytique dans le gaz de procédé (voie haute température) ;
  • la décomposition catalytique dans le gaz de queue (voie moyenne ou basse température) ;
  • la réduction non sélective dans le gaz de queue. Cette solution, qui allie le traitement des NOX et du N2O, requiert une température importante et la consommation de la totalité de l'oxygène présent. Elle nécessite donc une consommation non négligeable de combustible d'appoint, ce qui limite son intérêt vis-à-vis de la problématique effet de serre. Cette méthode présente quelques applications anciennes aux États-Unis, dont l’objectif était de réduire les émissions de NO et NO2.

Les ateliers de production d’acide adipique

Pour les ateliers de production d'acide adipique, seules des techniques de traitement curatif sont actuellement mises en œuvre.
La production d'acide adipique, réalisée par oxydation d'un mélange de cyclohexanol et de cyclohexanone par de l'acide nitrique, conduit à la formation d'oxydes d'azote dont le protoxyde d'azote généré en quantité notable.
Les autres oxydes sont récupérables par oxydoabsorption dans de l'eau (formation d'acide nitrique), mais le N2O est rejeté à l'atmosphère à une concentration de 30 à 40 %.
Conscients du problème posé par cet effluent vis-à-vis de l'effet de serre, les principaux producteurs (Dupont, Rhodia, BASF, Bayer, ICI, Asahi, etc.) se sont regroupés au début des années 1990 dans le but de mettre au point des techniques de traitement et de les rendre opérationnelles à l'horizon 2000.

Différentes solutions techniques sont désormais disponibles :

  • la décomposition sur lit catalytique : son inconvénient principal provient de la faible possibilité de récupération énergétique. La chaleur de réaction sert en effet principalement à préchauffer le gaz d'entrée jusqu'à la température de fonctionnement du catalyseur ;
     
  • la destruction en chaudière par combustion dans une flamme : le N2O est alors utilisé comme carburant et se transforme en azote et oxygène. La combustion conduit en parallèle à une production importante de NOX, qui peut être minimisée mais non supprimée. Dans ce cas de figure, les fumées doivent donc être traitées par réduction catalytique sélective à l'ammoniac. La chaudière peut également comporter deux chambres de combustion, ce qui conduit à des rejets de NOX particulièrement faibles. Pour cette solution, la chaleur de décomposition du N2O est valorisée sous forme de vapeur ;
     
  • la valorisation en acide nitrique : il s'agit d'une conversion thermique dans des conditions favorisant la réaction de formation des NOqui, formés, sont alors recyclés sous forme d'acide nitrique dans le procédé de fabrication d'acide adipique en tant que matière première.

Les ateliers de production de glyoxal et d’acide glyoxylique

La décomposition catalytique peut désormais être considérée comme une technique éprouvée. Potentiellement, le craquage thermique avec ou sans récupération d'acide nitrique peut s'appliquer.