La prochaine génération de couples de fluides actifs dans les pompes à chaleur à absorption

La plupart des industries de transformation génèrent une importante quantité de chaleur résiduelle, qui est un sous-produit des processus industriels. Une partie conséquente de cette chaleur est à basse température et ne peut donc être réutilisée dans d’autres processus de ces industries, qui nécessitent souvent un approvisionnement en chaleur à haute température. Dans une Note d’Information, l’IIF souligne ainsi qu’à l’échelle mondiale, environ 42 % de la chaleur résiduelle industrielle est disponible à des températures inférieures à 100 °C. ^[1] 

 

Dans ce contexte, les pompes à chaleur à absorption représentent une solution écoénergétique en raison de leur capacité à valoriser la chaleur résiduelle. Des études ont montré que pour une source de chaleur à 45-60 °C, une pompe à chaleur à absorption peut produire près de 2,5 à 11 fois plus d'énergie que les autres systèmes de récupération de la chaleur résiduelle. ^[2] Selon l'IIF, il existe un fort potentiel inexploité d'intégration des technologies de pompes à chaleur à absorption dans les industries de transformation ayant une forte demande de chaleur à des températures supérieures à 160 °C. ^[1] 

 

Les systèmes frigorifiques et pompes à chaleur à absorption utilisent des couples frigorigène-absorbant (ou solvant), appelés fluides de travail. Dans un article de synthèse publié dans Energy Reports, les auteurs ont résumé les avancées des couples de fluides actifs, qui jouent un rôle essentiel sur les performances des pompes à chaleur à absorption. ^[2] Ces dernières ont l’avantage d’utiliser des fluides actifs naturels, par exemple des mélanges ammoniac/eau et bromure de lithium/eau. Cependant, ces mélanges présentent des inconvénients qui limitent les plages de fonctionnement des pompes à chaleur. ^[1] 

 

Au cours de la dernière décennie, les couples basés sur les liquides ioniques (LI) ont attiré beaucoup d'attention. Cette classe unique de solvants offre plusieurs propriétés avantageuses par rapport aux solvants traditionnels. Lorsqu'ils sont utilisés comme frigorigènes ou absorbants, ils présentent notamment les avantages suivants : une pression de vapeur négligeable, une grande stabilité thermique et chimique, une excellente miscibilité avec les solvants polaires et non polaires et une recyclabilité. ^[2] Les auteurs de l'article de synthèse ont noté un nombre limité d'études détaillant les propriétés thermodynamiques des liquides ioniques. En outre, Ji et al. ont conclu que la mise au point de nouveaux couples de fluides actifs restait un défi, car leurs COP restent inférieurs à ceux des couples NH₃+H₂O et LiBr+H₂O. Toutefois, l'ajustement des conditions de fonctionnement permet d'améliorer les performances des couples nouvellement développés et le couple LI + H₂O ([EMIM][DMP] + H₂O) semble le plus prometteur à l'heure actuelle.

 

Cependant, les couples basés sur les liquides ioniques sont encore pour la plupart au stade de la recherche expérimentale et encore loin du stade des applications pratiques en ingénierie. 

 

 

 

 

Sources 

[1] Ayou D. S., Corberán J. M., Coronas A. High-temperature heat pumps for industrial applications, 45th Informatory Note on Refrigeration Technologies. https://iifiir.org/en/fridoc/high-temperature-heat-pumps-for-industrial-applications-amp-nbsp-144137  

[2] Ji, L., Shukla, S. K., Zuo, Z., Lu, X., Ji, X., & Wang, C. (2023). An overview of the progress of new working pairs in absorption heat pumps. Energy Reports, 9, 703-729. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.11.143 

Credits image: Oak Ridge National Laboratory via Flickr