Mettre en évidence l’intérêt industriel des matériaux hybrides nanoporeux
Au cours des deux dernières décennies, les chercheurs ont découvert un certain nombre de nouvelles classes de matériaux nanoporeux (MNP), notamment des aluminosilicates et des structures organométalliques (MOF). Les matériaux nanoporeux sont généralement définis comme des poudres possédant une grande surface spécifique et des pores d’une taille avoisinant le nanomètre. Les MOF sont une famille de composés poreux constitués d’ions métalliques ou d’agrégats dont la cohésion est assurée par des ligands organiques pour former des structures poreuses à une, deux ou trois dimensions. Malgré l’important potentiel qu’offre cette nouvelle classe de matériaux, ils n’ont pas encore trouvé leur place dans les procédés et applications industriels. En effet, les matériaux nécessaires à leur création sont actuellement considérés comme trop coûteux et ne se trouvent pas sous une forme justifiant leur utilisation industrielle. Grâce, en partie, au projet ProDIA (Production, control and Demonstration of structured hybrid nanoporous materials for Industrial adsorption Applications) financé par l’UE, cette situation est sur le point de changer. Le projet a démontré la faisabilité de processus de production industrielle à grande échelle pour des matériaux nanoporeux hybrides, sous forme de produits finis. «Avec ProDIA, nous avons développé des processus pour la production de poudres nanoporeuses, notamment des MOF et des aluminosilicates, en utilisant des solvants durables comme l’eau ou en faisant appel à des processus quasiment sans solvants», explique M. Richard Blom, coordinateur du projet ProDIA. «Nous avons également fait la démonstration du façonnage de ces matériaux à la même échelle.» Démontrer qu’une production durable de MNP est possible Les partenaires du consortium du projet ont effectué quatre démonstrations à l’échelle pilote: gaz naturel adsorbé (ANG) à bord, élimination des produits chimiques industriels toxiques (TIC), applications de pompe à chaleur par adsorption (AHP) et agents antimicrobiens à utiliser dans les soins de santé. Ces projets pilotes ont montré qu’en passant des matériaux d’adsorption de pointe (généralement à base de silice et de charbon actif) aux nouveaux MNP, l’industrie pouvait obtenir des améliorations significatives en termes d’énergie et de taille de système par rapport aux technologies existantes. Grâce à ces travaux, les chercheurs de ProDIA ont réussi à démontrer qu’une production durable de MNP était possible à une échelle supérieure à 10 kg. Ils ont également produit des corps moulés des MNP choisis, avec une diminution négligeable des performances par rapport aux poudres initiales. Selon M. Blom, le projet a montré qu’il était possible de façonner des MOF pour des applications spécifiques, et que ces derniers (du moins pour certaines applications basées sur l’adsorption) affichaient des performances nettement supérieures à celles des adsorbants actuellement utilisés dans le commerce. «L’un des principaux messages issus de ce projet est que les adsorbants à base de MOF ne sont pas nécessairement coûteux», déclare-t-il. «Un autre point important à retenir est que le façonnage des MOF est possible, mais il convient de prendre en compte la nature fragile de ces matériaux, qui limite l’utilisation de pressions et de températures élevées pendant le processus de façonnage.» Oser faire le saut Les résultats du projet ont déjà attiré l’attention d’un certain nombre d’industries. Plusieurs des PME et des grandes entreprises impliquées dans le projet sont sur le point d’adopter les processus ProDIA pour développer davantage leurs activités. En outre, les partenaires de recherche du projet continuent de développer ces processus dans le cadre de nouveaux projets de recherche et de possibles sociétés dérivées. «J’espère vraiment que les développeurs de technologies basées sur l’adsorption et les fabricants de matériaux oseront bientôt se lancer dans le monde du MOF en optimisant leur instrumentation pour cette nouvelle famille d’adsorbants», ajoute M. Blom. «Compte tenu des possibilités offertes par l’énorme diversité chimique des MOF, je suis certain que ce changement sera payant à long terme.»
Mots‑clés
ProDIA, matériaux nanoporeux (NPM), aluminosilicates, structure organométallique (MOF), nanotechnologie
