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Un solide poreux biosourcé pour une récupération efficace de la chaleur

Une équipe de l’Institut Lavoisier (CNRS / Université de Versailles) vient de synthétiser un nouveau solide poreux à base de composants biosourcés, dont les performances de stockage de chaleur sont non seulement comparables voire supérieures à celles des matériaux actuellement commercialisés pour ce type d’application, mais contrairement à ces derniers ne nécessitent pas lors de sa synthèse des composés onéreux et issus du pétrole. Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revue Advanced Materials.

Les solides poreux sont connus de longue date pour leur capacité à échanger de la chaleur par adsorption ou désorption d’eau au sein de leurs pores. Cela permet soit de récupérer l’excès de chaleur anthropique (solaire thermique, centres de big data…) soit au contraire de produire du froid (climatisation). Les adsorbants minéraux classiques de type zéolithes ou aluminophosphates sont de très bons candidats pour ce type d’applications avec cependant des limitations liées soit à une température de régénération trop élevée soit à un coût de production lié à l’utilisation d’agents organiques, non renouvelables et issus du pétrole qui peut être élevé.

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© Christian Serre

Les solides poreux hybrides inorganiques-organiques cristallisés communément appelés MOFs ou « Metal Organic Frameworks » qui sont constitués d’un assemblage ordonné de cations métalliques et de ligands organiques (ex : carboxylates) sont l’une des classes les plus récentes de solides poreux. Compte tenu de leur forte diversité (composition, structure), il est aisé de moduler ‘à la carte’ leur porosité et leur caractère hydrophile. Si la plupart des ligands organiques constitutifs de ces MOFs sont dérivés du pétrole, il existe néanmoins certains ligands produits à partir de la biomasse. Les chercheurs de l’Institut Lavoisier de Versailles ont réussi à élaborer en conditions vertes un nouveau MOF hydrophile à base d’aluminium et d’un ligand biosourcé, l’acide 2,5 furane dicarboxylique (FDA). Les performances de ce MOF vis-à-vis du stockage de chaleur sont comparables voire supérieures, en termes de capacité énergétique, à celles du meilleur matériau poreux inorganique commercialisé pour ce type d’application, le SAPO-34 (SilicoAluminoPhOsphate n°34), dont la synthèse requiert la présence d’agents structurants organiques onéreux.

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© Christian Serre

La synthèse à très grande échelle (millions de tonnes/an) du ligand constitutif de ce nouveau MOF, en cours de développement, laisse présager la possibilité de produire ce nouveau MOF à des coûts bien inférieurs à celui du matériau commercial SAPO-34, et donc son intégration probable au sein de nouveaux dispositifs de récupération de chaleur.

Références

Amandine Cadiau, Ji Sun Lee, Daiane Damasceno Borges, Paul Fabry, Thomas Devic, Michael T. Wharmby, Charlotte Martineau, Damien Foucher, Francis Taulelle, Chul-Ho Jun, Young Kyu Hwang, Norbert Stock, Martijn F. De Lange, Freek Kapteijn, Jorge Gascon, Guillaume Maurin, Jong-San Chang & Christian Serre
Design of Hydrophilic Metal Organic Framework Water Adsorbents for Heat Reallocation
Advanced Materials 20 juillet 2015
DOI: 10.1002/adma.201502418

Contacts chercheurs

Christian Serre, Institut Lavoisier – Versailles
Courriel : christian.serre@uvsq.fr
Tél. : 01 39 25 43 05

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken