Des matériaux déshydratants innovants pour un conditionnement d’air moins énergivore

Des réseaux métallo-organiques (MOF) ^[1] 

 

Les systèmes de conditionnement d’air à compression de vapeur classiques comportent une étape de déshumidification. En un mot, les climatiseurs traditionnels ne se contentent pas de refroidir l’air, ils l’assèchent également. Ces climatiseurs utilisent un évaporateur, qui est un serpentin froid qui absorbe l’humidité de l’air par condensation. Pour ce faire, le serpentin doit être à une température plus basse que la température souhaitée dans la pièce. Ce processus nécessite souvent plusieurs étapes successives de réchauffement, réduisant ainsi le coefficient de performance (COP) des climatiseurs traditionnels. Selon un chercheur du MIT, l’absorption de l’humidité de l’air utilise environ la moitié de l’électricité consommée par les climatiseurs traditionnels. Le recours à des matériaux déshydratants constitue donc une alternative prometteuse.

 

Une start-up co-fondée par des chercheurs du MIT a déclaré utiliser une classe de matériaux appelés réseaux organiques métalliques ou MOF, qui absorbent passivement l’humidité de l’air. Les propriétés fascinantes des MOF proviennent de leur grande surface intérieure et de la possibilité de régler avec précision la taille des minuscules cavités qui les traversent. Les chercheurs du MIT avaient précédemment mis au point des MOF dont les cavités étaient juste assez grandes pour retenir les molécules d’eau de l’air. 

 

Dans le système actuellement mis au point par la start-up, les MOF absorbent passivement l’humidité à mesure que l’air pénètre dans le système. La chaleur résiduelle est ensuite utilisée pour sécher le matériau MOF pour un usage en continu. En outre, le système utilise le R32 comme frigorigène, dont le potentiel de réchauffement planétaire est inférieur à celui des autres frigorigènes HFC couramment utilisés. Selon la start-up, leur prototype de climatiseur est sur le point d’être commercialisé.

 

Des membranes à base de polyimides ^[2] 

 

Les déshumidificateurs réduisent le niveau d’humidité de l’air à un seuil confortable, améliorant ainsi la qualité de l’air. Les déshumidificateurs les plus couramment disponibles utilisent des frigorigènes. Les chercheurs ont donc étudié des alternatives plus respectueuses de l’environnement. 

 

Par exemple, les matériaux naturels connus sous le nom de zéolites ont été largement étudiés en raison de leur capacité de séchage. Contrairement aux frigorigènes, les zéolites sont des matériaux déshydratants capables d’absorber l’humidité dans leurs pores hydrophiles (c’est-à-dire attirant l’eau). Cependant, les zéolites coûtent cher à synthétiser et leurs propriétés mécaniques sont limitées.

 

Dans une étude récente, des chercheurs de l’Université A&M du Texas ont amélioré l’efficacité de déshumidification des polyimides, des polymères déjà existants et plutôt robustes. 

 

Les polyimides sont des matériaux organiques rentables, bien connus pour leur rigidité élevée et leur tolérance à la chaleur et aux produits chimiques. Afin d’améliorer les propriétés de déshumidification des polyimides, les chercheurs ont déclenché un processus chimique appelé hydrolyse, qui a conduit à la formation de canaux de percolation capables d’attirer l’eau dans les polyimides. La membrane en polyimide qu’ils ont créée était capable d’absorber l’excès d’humidité de l’air en la captant dans les canaux de percolation. Les chercheurs ont noté que ces membranes pouvaient être utilisées en continu puisque dans un déshumidificateur standard, les molécules d’eau absorbées sont évacuées de l’autre côté par une pompe à vide préinstallée. 

 

Bien que les membranes en polyimide aient montré un fort potentiel de déshumidification, les chercheurs admettent que leurs performances sont encore inférieures à celles des membranes en zéolite et que des optimisations supplémentaires sont nécessaires. Néanmoins, ils estiment que les membranes en polyimide pourraient contribuer au développement d’une génération de technologies de CVC et de déshumidificateurs économes en énergie, avec une empreinte carbone plus faible que les modèles actuels. 

 

 

Sources 

[1] https://news.mit.edu/2021/transaera-air-conditioner-0326 

[2] https://today.tamu.edu/2021/03/29/an-organic-material-for-the-next-generation-of-hvac-technologies/