Les MOFs se mettent aussi au froid

L’adsorption et la libération d’eau par des solides nanoporeux constitue un moyen de choix pour les procédés de récupération de chaleur liée à l’énergie solaire, aux pompes à chaleur ou encore à la réfrigération. Mais aujourd’hui leur efficacité et leurs performances sont encore assez faibles.

Des chercheurs de l’Institut des matériaux poreux de Paris, l’Institut Charles Gerhardt Montpellier et leurs partenaires, ont synthétisé, en conditions « vertes » un nouveau matériau hybride nanoporeux, qui permet de dépasser les performances des meilleurs adsorbants d’eau actuels avec une capacité de stockage élevée ainsi qu’une température de régénération plus basse (moins de 63°C). Leurs travaux ont été publiés dans Nature Energy d’octobre 2018 .

Idéal pour la réfrigération

Le nouveau solide nanoporeux mis au point est un MOF à base d’oxoclusters de zirconium (Zr-MOF baptisé MIP-200). C’est un solide hybride nanoporeux hydrophile à grands pores dont la structure 3D à l’échelle atomique a pu être déterminée par diffraction X au synchrotron Soleil.

Gauche : Vue de la structure du Zr-MOF (atomes/polyèdres de Zr en jaune ; atomes d’oxygène et d’hydrogène en rouge et blanc).
Droite : Évolution du coefficient de performances du MOF-Zr en comparaison avec des matériaux poreux de référence
©Christian Serre (Institut des matériaux poreux de Paris)

Cette structure montre que le MIP-200 possède deux types de nanopores particulièrement hydrophiles et très stables en présence d’eau, après des utilisations répétées. Cela lui confère à la fois la capacité d’adsorber de grands volumes d’eau, de permettre des échanges de chaleur importants et d’effectuer une désorption à plus basse température lors de l’étape de régénération (inférieure à 65°C, de l’ordre de la température maximale que l’on trouve sur les réseaux d’eau domestiques). Les zéolithes ou autres solides poreux inorganiques utilisés aujourd’hui présentent des températures de régénération supérieures à 75°C et un volume poreux limité que ce nouveau matériau surpasse largement. Des calculs, réalisés par des chercheurs du Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT), ont confirmé que ce solide est plus efficace que les matériaux poreux évalués à ce jour pour des applications de réfrigération au sein des habitations par exemple. En outre, sa synthèse n’utilise que des produits chimiques verts, simples et peu coûteux, permettant d’envisager le développement de futurs procédés de réfrigération plus efficaces.