Récupération de chaleur (énergie solaire, pompe à chaleur, climatisation, refroidissement) est un axe de recherche clé pour réduire la consommation d'énergie et encourager le développement durable. Même si la récupération et la libération d'eau à l'aide de matériaux nanoporeux est une stratégie fiable pour atteindre cet objectif, le développement de nouveaux procédés économes en énergie reste un défi. Des chercheurs de l'Institut des matériaux poreux de Paris (CNRS, ENS Paris, ESPCI Paris/Université PSL) et de l'Institut Charles Gerhardt de Montpellier (Université Montpellier/CNRS/ENSCM) ont découvert un nouveau matériau poreux hybride robuste et synthétisé par voie de « chimie verte ». Dans Énergie naturelle , ils rapportent que ce nouveau matériau est beaucoup plus efficace que tout autre adsorbant d'eau, avec une capacité de stockage élevée et une température de régénération plus basse.

L'utilisation de la sorption d'eau (c. molécules capables de fixer l'eau en surface) est prometteuse pour la récupération de chaleur des procédés industriels et l'énergie solaire. La température typique des systèmes d'eau chaude internes impliquant un producteur de cogénération ne dépasse pas 63°C, et il peut être utilisé pour les systèmes de refroidissement et les pompes à chaleur. Les procédés actuels sont basés sur des adsorbants commerciaux poreux inorganiques (zéolites ou solides apparentés) qui souffrent de températures de régénération élevées et/ou de volumes de pores limités conduisant à des systèmes inefficaces en énergie.

Pour pallier ces inconvénients, des chercheurs de l'Institut des matériaux poreux de Paris et de l'Institut Charles Gerhardt de Montpellier ont conçu un nouveau solide hybride nanoporeux hydrophile à gros pores, en oxoclusters de zirconium :Zr-MOF, qui combine un ensemble de paramètres donnant des performances de sorption d'eau beaucoup plus élevées. Pour les processus de refroidissement, la performance globale repose non seulement sur les températures d'évaporation et de condensation de l'eau, mais aussi sur les températures d'adsorption (exothermique) et de désorption (endothermique), la capacité de stockage, stabilité et cinétique des échanges thermiques, entre autres.

Le nouveau Zr-MOF présente une structure microporeuse très stable en présence d'eau chaude. Il montre un comportement hydrophile très prononcé avec des échanges thermiques importants et une taille de pores suffisante pour adsorber une grande quantité d'eau et également une température de régénération plus faible lors de l'étape de désorption ( <65°C). Des chercheurs de l'Institut coréen de recherche en technologie chimique (KRICT) ont effectué des calculs de performances énergétiques (rapport entre l'énergie prélevée sur l'évaporateur et l'énergie nécessaire pour régénérer l'adsorbant). Cette analyse a révélé que le solide est plus efficace que tout autre matériau poreux évalué jusqu'à présent pour ce type d'application. Elle devrait conduire au développement d'une nouvelle génération de procédés de refroidissement pour récupérer l'énergie solaire ou encore l'énergie des sources de chaleur liées aux activités humaines.