Structure de la structure métallo-organique MOF-508, composée de carbone (noir), d'azote (bleu), d'oxygène (rouge) et de zinc (vert). La flexibilité et la nature caténée de ce cadre sont des paramètres clés pour le stockage de l'acétylène. Crédit :© François-Xavier Coudert/CNRS
Comment stocker plus et mieux ? Ceci résume le défi du transport des gaz inflammables. Pour garantir la sécurité industrielle, ces gaz doivent être manipulés dans des conditions de température et de pression définies qui ne permettent pas des cycles de stockage et de libération optimaux. Les matériaux poreux existants peuvent faciliter la capture de certains gaz, mais leur forte affinité pour ces molécules complique leur libération :une grande quantité de gaz reste alors piégée dans le matériau hôte.
Des scientifiques viennent de montrer que de nouveaux matériaux brevetés pouvaient apporter une solution, en démontrant leur capacité à capter et libérer de l'acétylène. Pour un volume donné, ils peuvent stocker et restituer 90 fois plus d'acétylène. A cette étape, il est même possible de récupérer 77 % du gaz stocké dans une bouteille, bien plus qu'avec les matériaux poreux existants. Et tout cela dans des conditions de température et de pression adaptées aux applications industrielles.
Ces matériaux appartiennent à la famille des structures métallo-organiques (MOF) qui forment des structures cristallines nanoporeuses. Les MOF étudiés au cours de ce travail ont la particularité d'être flexibles, et offrent ainsi deux états :"ouvert" et "fermé", facilitant respectivement le stockage et le relargage du gaz. De plus, ils peuvent être modifiés pour contrôler très finement la pression de stockage-libération, et s'adaptent ainsi à diverses contraintes industrielles.
Sur la base de ces résultats, l'équipe de recherche prévoit de tester de nouvelles modifications pour conférer à ces MOF flexibles des propriétés inédites, par exemple pour faciliter la capture du CO2 , méthane ou hydrogène. Réduire le coût de ces nouveaux matériaux reste un objectif majeur pour développer des applications industrielles.
Ces recherches ont été menées dans le cadre du projet de recherche international SMOLAB, qui concentre et renforce les atouts complémentaires français et japonais dans le domaine des MOF flexibles et de leurs applications. SMOLAB a été créé en 2018 par l'Université de Kyoto et le CNRS, en partenariat avec Air Liquide, Université Claude Bernard Lyon 1, Chimie ParisTech / Université PSL. Les ingénieurs chimistes utilisent des réseaux de neurones pour découvrir les propriétés des structures métallo-organiques
