Une étude révèle des risques pour la santé liés au remplacement du diesel par de l’ammoniac pour les navires

Alors que des porte-conteneurs de la taille d’un pâté de maisons traversent les océans pour livrer des marchandises, leurs énormes moteurs diesel émettent de grandes quantités de polluants atmosphériques qui contribuent au changement climatique et ont des répercussions sur la santé humaine. On estime que le transport maritime est responsable de près de 3 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone et que les effets négatifs de ce secteur sur la qualité de l’air provoquent environ 100 000 décès prématurés chaque année.

La décarbonisation du transport maritime pour réduire ces effets néfastes est l’un des objectifs de l’Organisation maritime internationale, une agence des Nations Unies qui réglemente le transport maritime. Une solution potentielle consiste à remplacer les combustibles fossiles par des carburants durables comme l’ammoniac, qui pourrait être quasiment sans carbone si l’on considère sa production et son utilisation.

Mais dans une nouvelle étude, une équipe interdisciplinaire de chercheurs du MIT et d’ailleurs prévient que la combustion d’ammoniac comme carburant maritime pourrait encore aggraver la qualité de l’air et entraîner des conséquences dévastatrices sur la santé publique, à moins qu’elle ne soit adoptée parallèlement à un renforcement des réglementations sur les émissions.

La combustion de l’ammoniac génère de l’oxyde nitreux (N₂O), un gaz à effet de serre environ 300 fois plus puissant que le dioxyde de carbone. Il émet également de l’azote sous forme d’oxydes d’azote (NO et NO₂appelé NON_X) et de l’ammoniac non brûlé peut s’échapper, ce qui finit par former de fines particules dans l’atmosphère. Ces minuscules particules peuvent être inhalées profondément dans les poumons, provoquant des problèmes de santé comme des crises cardiaques, des accidents vasculaires cérébraux et de l’asthme.

La nouvelle étude indique que, dans le cadre de la législation actuelle, le passage de la flotte mondiale au carburant à l’ammoniac pourrait entraîner jusqu’à 600 000 décès prématurés supplémentaires chaque année. Cependant, avec une réglementation plus stricte et une technologie de moteur plus propre, ce changement pourrait entraîner environ 66 000 décès prématurés de moins que ceux actuellement causés par les émissions du transport maritime, avec un impact bien moindre sur le réchauffement climatique.

« Toutes les solutions climatiques ne sont pas égales. Il y a presque toujours un prix à payer. Nous devons adopter une approche plus globale et prendre en compte tous les coûts et avantages des différentes solutions climatiques, plutôt que seulement leur potentiel de décarbonisation », explique Anthony Wong, postdoctorant au Center for Global Change Science du MIT et auteur principal de l’étude.

Parmi ses co-auteurs figurent Noelle Selin, professeure au MIT à l’Institute for Data, Systems, and Society et au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes (EAPS) ; Sebastian Eastham, ancien chercheur principal qui est aujourd’hui maître de conférences à l’Imperial College de Londres ; Christine Mounaïm-Rouselle, professeure à l’Université d’Orléans en France ; Yiqi Zhang, chercheuse à l’Université des sciences et technologies de Hong Kong ; et Florian Allroggen, chercheur au Département d’aéronautique et d’astronautique du MIT.

La recherche a été publiée cette semaine dans Lettres de recherche environnementale.

De l’ammoniac plus vert et plus propre

Traditionnellement, l’ammoniac est fabriqué en extrayant l’hydrogène du gaz naturel, puis en le combinant avec de l’azote à des températures extrêmement élevées. Ce procédé est souvent associé à une empreinte carbone importante. L’industrie du transport maritime mise sur le développement de « l’ammoniac vert », qui est produit en utilisant des énergies renouvelables pour produire de l’hydrogène par électrolyse et pour générer de la chaleur.

« En théorie, si vous brûlez de l’ammoniac vert dans le moteur d’un navire, les émissions de carbone sont presque nulles », explique Wong.

Mais même l’ammoniac le plus vert génère de l’oxyde nitrique (N₂O), oxydes d’azote (NO_X) lors de la combustion, et une partie de l’ammoniac peut s’échapper sans être brûlée. Cet oxyde nitreux s’échapperait dans l’atmosphère, où le gaz à effet de serre resterait pendant plus de 100 ans. Dans le même temps, l’azote émis sous forme de NO_X et l’ammoniac tomberaient sur Terre, endommageant les écosystèmes fragiles. Comme ces émissions sont digérées par les bactéries, de l’azote supplémentaire₂O est produit.

NON_X L’ammoniac et l’oxygène se mélangent également aux gaz présents dans l’air pour former des particules fines. Principales responsables de la pollution atmosphérique, les particules fines tuent environ 4 millions de personnes chaque année.

« Dire que l’ammoniac est un carburant « propre » est un peu exagéré. Ce n’est pas parce qu’il est sans carbone qu’il est nécessairement propre et bon pour la santé publique », explique Wong.

Un modèle aux multiples facettes

Les chercheurs ont voulu dresser un tableau complet des conséquences environnementales et sanitaires du passage du parc automobile mondial au carburant à l’ammoniac. Pour ce faire, ils ont conçu des scénarios permettant de mesurer l’évolution des impacts polluants sous certaines hypothèses technologiques et politiques.

D’un point de vue technologique, ils ont envisagé deux moteurs pour les navires. Le premier brûle de l’ammoniac pur, qui génère des niveaux plus élevés d’ammoniac imbrûlé mais émet moins d’oxydes d’azote. La deuxième technologie de moteur consiste à mélanger l’ammoniac à l’hydrogène pour améliorer la combustion et optimiser les performances d’un convertisseur catalytique, qui contrôle à la fois les oxydes d’azote et la pollution par l’ammoniac imbrûlé.

Ils ont également envisagé trois scénarios politiques : la réglementation actuelle, qui limite uniquement le NO_X émissions dans certaines parties du monde ; un scénario qui ajoute des limites d’émissions d’ammoniac en Amérique du Nord et en Europe occidentale ; et un scénario qui ajoute des limites mondiales sur l’ammoniac et le NO_X émissions.

Les chercheurs ont utilisé un modèle de suivi des navires pour calculer l’évolution des émissions polluantes dans chaque scénario, puis ont intégré les résultats dans un modèle de qualité de l’air. Le modèle de qualité de l’air calcule l’impact des émissions des navires sur la pollution par les particules et l’ozone. Enfin, ils ont estimé les effets sur la santé publique mondiale.

L’un des plus grands défis est venu du manque de données réelles, car aucun navire fonctionnant à l’ammoniac ne sillonne encore les mers. Au lieu de cela, les chercheurs se sont appuyés sur des données expérimentales de combustion d’ammoniac fournies par leurs collaborateurs pour construire leur modèle.

« Nous avons dû trouver des moyens astucieux pour rendre ces données utiles et informatives, tant sur le plan technologique que réglementaire », explique-t-il.

Une gamme de résultats

Au final, ils ont découvert qu’en l’absence de nouvelles réglementations et avec des moteurs de navires brûlant de l’ammoniac pur, le remplacement de l’ensemble de la flotte entraînerait 681 000 décès prématurés supplémentaires chaque année.

“Bien qu’un scénario sans nouvelle réglementation ne soit pas très réaliste, il constitue un bon avertissement quant à la dangerosité des émissions d’ammoniac. Et contrairement au NO_X« Les émissions d’ammoniac provenant du transport maritime ne sont actuellement pas réglementées », explique Wong.

Cependant, même sans nouvelle réglementation, l’utilisation de moteurs plus propres permettrait de réduire le nombre de décès prématurés à environ 80 000, soit environ 20 000 de moins que le nombre actuel de décès imputables aux émissions du transport maritime. Avec une réglementation mondiale plus stricte et des moteurs plus propres, le nombre de personnes tuées par la pollution atmosphérique due au transport maritime pourrait être réduit d’environ 66 000.

« Les résultats de cette étude montrent l’importance de développer des politiques parallèlement aux nouvelles technologies », déclare Selin. « L’ammoniac présent dans le transport maritime pourrait avoir des effets bénéfiques sur le climat et la qualité de l’air, mais cela nécessite que les réglementations soient conçues pour tenir compte de l’ensemble des impacts potentiels, y compris sur le climat et la qualité de l’air. »

Les effets de l’ammoniac sur la qualité de l’air ne se feraient pas sentir de manière uniforme à travers le monde et, pour y remédier, il faudrait des stratégies coordonnées dans des contextes très différents. La plupart des décès prématurés se produiraient en Asie de l’Est, car les réglementations sur la qualité de l’air y sont moins strictes. Les niveaux plus élevés de pollution atmosphérique entraînent la formation de particules plus nombreuses provenant des émissions d’ammoniac. En outre, le volume de transport maritime en Asie de l’Est est bien plus important qu’ailleurs sur Terre, ce qui aggrave ces effets négatifs.

À l’avenir, les chercheurs souhaitent continuer à affiner leur analyse. Ils espèrent utiliser ces résultats comme point de départ pour inciter l’industrie maritime à partager les données des moteurs qu’elle pourra utiliser pour mieux évaluer la qualité de l’air et les impacts sur le climat. Ils espèrent également informer les décideurs politiques de l’importance et de l’urgence de mettre à jour les réglementations sur les émissions du transport maritime.

Cet article est republié avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement au MIT.