Une équipe de recherche de l’Institut de chimie inorganique de l’Université de Kiel (CAU : Christian-Albrechts-Universität) en Allemagne développe des matériaux poreux conçus spécifiquement pour capter l’eau de l’air et permettre un refroidissement écoénergétique. L’équipe est parvenue, pour la première fois, à produire ces matériaux à plus grande échelle, ce qui représente une avancée majeure vers des applications industrielles.
Des chercheurs en chimie et en science des matériaux de l’Université de Kiel collaborent avec des partenaires pour développer de nouvelles sources d’eau pour la région méditerranéenne. « Ces régions sont confrontées à une hausse des températures et à une diminution des précipitations. Notre objectif est de développer une technologie respectueuse de l’environnement qui transforme les molécules d’eau présentes dans l’air en eau potable », explique le professeur Norbert Stock, de l’Institut de chimie inorganique de l’Université catholique d’Athènes (CAU). « Deux nouvelles études, récemment publiées dans le Journal of Materials Chemistry A et Industrial & Engineering Chemistry Research , montrent comment produire de grandes quantités de ce matériau et améliorer l’efficacité des systèmes de refroidissement. » De plus, une nouvelle approche permet à l’équipe de rendre l’eau de l’air disponible plus efficacement et plus rapidement que les systèmes précédents.
Un matériau spongieux doté d’une structure de haute technologie
Les matériaux appartenant à la classe des réseaux métallo-organiques (MOF) se comportent comme une éponge : ils peuvent absorber de grandes quantités d’eau en un temps très court et la libérer tout aussi rapidement. Cette propriété est rendue possible par leur structure extrêmement poreuse, qui contient d’innombrables cavités microscopiques interconnectées. Les recherches fondamentales menées sur ces matériaux ont été récompensées par le prix Nobel de chimie en 2025.
À Kiel, l’équipe de Stock optimise la synthèse du MOF « CAU-10-H » spécifiquement pour l’adsorption d’eau et la transformation de chaleur. Ce matériau tire son nom de l’université de Kiel, où il a été découvert, de son numéro de matériau et du symbole chimique de l’hydrogène. Le CAU-10-H capture les molécules d’eau au sein de sa structure poreuse à température ambiante et à une humidité relative supérieure ou égale à 18 %, puis les libère aux alentours de 70 °C.
En combinant ce matériau avec des structures de carbone conductrices, les chercheurs parviennent à accélérer encore davantage ce processus. Le matériau composite ainsi obtenu peut être chauffé efficacement par l’électricité ou l’énergie solaire. Il libère ainsi l’eau adsorbée très rapidement et fonctionne par cycles courts et répétables. En conditions sèches, le système produit en continu de l’eau potable à partir de l’air et atteint une capacité d’absorption de 0,17 gramme d’eau par gramme de matériau. Les cycles ne durent que quelques heures, permettant un fonctionnement efficace et continu.
Dans ces conditions, un kilogramme de ce matériau composite peut potentiellement produire jusqu’à 1,8 litre d’eau par jour à partir de l’air. « Cela rend ce matériau particulièrement intéressant pour la production d’eau potable, même dans les régions arides », explique Lasse Wegner, premier auteur de l’étude.
Parallèlement, le CAU-10-H présente un potentiel considérable pour les applications de refroidissement. Dans les systèmes de refroidissement par adsorption, il offre des performances jusqu’à trois fois supérieures à celles du gel de silice, un dessiccant largement utilisé à base de dioxyde de silicium. À l’avenir, de tels systèmes pourraient exploiter la chaleur résiduelle, par exemple celle des centres de données ou des boulangeries. Ceci permettrait de réduire significativement la consommation énergétique des systèmes de climatisation par rapport aux technologies actuelles et de rendre le refroidissement plus durable.
Du laboratoire à la production industrielle
« Nous avons découvert le CAU-10-H il y a une quinzaine d’années, et depuis, ses applications potentielles ont été étudiées dans le monde entier », explique Stock, qui mène des recherches sur les MOF depuis plus de vingt ans.
Grâce au soutien du Fonds de validation de l’Université de Kiel, l’équipe a réussi à passer à une production pilote, étape intermédiaire entre la recherche en laboratoire et la fabrication industrielle. Sous la direction de Kalle Mertin, les chercheurs ont produit environ 30 kilogrammes de ce matériau, soit près de 60 fois plus qu’auparavant en laboratoire. Parallèlement, ils ont optimisé le procédé de production grâce à une analyse technico-économique, démontrant ainsi qu’un coût de fabrication compris entre 10 et 13 € par kilogramme est envisageable.
« Cela rend les applications pratiques de nos matériaux accessibles », affirme Stock. « Nous avons prouvé qu’ils fonctionnent non seulement en laboratoire, mais qu’ils peuvent également être produits à une échelle économiquement viable. »
