Des MOF absorbent l'eau du désert
Quand Omar Yaghi grandissait en Jordanie, à l’extérieur d’Amman, son quartier ne recevait de l’eau que pendant environ 5 heures une fois toutes les deux semaines. Si Yaghi n’était pas réveillé à l’aube pour ouvrir les bouchons d’un réservoir pour stocker de l’eau, sa famille, sa vache et son jardin devaient s’en passer.
Les MOF pour absorber l’eau du désert
Lors d’une réunion la semaine dernière ici, dans une autre région assoiffée d’eau douce, Yaghi, chimiste à l’Université de Californie à Berkeley, a annoncé que ses collègues et lui avaient créé un dispositif à énergie solaire pouvant fournir de l’eau à des millions de personnes. Ce dispositif est un matériau cristallin poreux, appelé cadre métallo-organique (MOF), qui agit comme une éponge: il aspire la vapeur d’eau de l’air, même dans le désert, puis la libère sous forme d’eau liquide.
« C’est un travail fantastique qui s’attaque à un problème réel », déclare Jorge Andrés Rodríguez Navarro, chimiste MOF à l’Université de Grenade en Espagne. C’est aussi un exemple de la manière dont les MOF pourraient enfin entrer dans leur apogée. Yaghi et ses collègues ont synthétisé le premier MOF en 1995 et les chimistes ont créé des dizaines de milliers de structures depuis ce temps
Chacune est composée d’atomes de métal qui agissent comme des concentrateurs dans un ensemble qui est connecté à un réseau poreux par des lieurs organiques conçus pour tenir fermement les concentrateurs et créer des ouvertures pour héberger des unités moléculaires. En mélangeant et en faisant correspondre les métaux et les lieurs, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient adapter les pores pour capturer des molécules de gaz, telles que la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone (CO2).
Au cours des dernières années, Yaghi et d’autres responsables des MOF ont défini un vaste ensemble de règles de conception visant à rendre les MOF plus robustes. Les métaux plus chargés, par exemple, créent des liaisons plus solides qui résistent à la chaleur. Cela a permis d’avoir des fonctions telles que les catalyseurs de logement, qui fonctionnent généralement plus rapidement à haute température. Une autre amélioration est survenue lorsque les chercheurs ont appris à adapter leur architecture afin de protéger les liaisons moins stables d’un MOF contre les attaques de molécules piégées.
Les applications commerciales commencent à devenir rentable
En conséquence, les applications commerciales commencent à devenir rentable. Un rapport de marché récent a prédit que les ventes des MOF pour des applications comprenant le stockage et la détection des gaz augmenteront à 410 millions de dollars par an au cours des cinq prochaines années, contre 70 millions de dollars cette année. «Il y a dix ans, les MOF étaient prometteurs pour de nombreuses applications», déclare Omar Farha, chimiste du MOF à la Northwestern University d’Evanston, dans l’Illinois. « Maintenant, cette promesse est devenue une réalité. »
L’une des applications est celle de Yaghi, qui, espère-t-il, contribuera à fournir de l’eau potable à environ un tiers de la population mondiale vivant dans des régions souffrant de stress hydrique. Yaghi et ses collègues ont développé pour la première fois un MOF à base de zirconium en 2014 qui pouvait récolter et libérer de l’eau.
Dans le désert de l’Arizona, Yaghi et son équipe ont placé leur MOF dans un petit récipient en plastique transparent. Ils l’ont gardé ouvert à l’air la nuit, permettant au MOF d’absorber la vapeur d’eau. Ils ont ensuite fermé le conteneur et exposé le MOF au Soleil, ce qui a chassé l’eau liquide, mais la récolte n’était que d’environ 0,2 litre par kilogramme de MOF par jour.
Lors de la réunion de l’American Chemical Society la semaine dernière et du numéro d’ACS Central Science du 27 août, Yaghi a annoncé que son équipe avait mis au point un nouveau système de captage d’eau beaucoup plus productif. En exploitant la capacité du MOF-303 à remplir et à vider ses pores en quelques minutes à peine, l’équipe peut faire en sorte que ce nouvel appareil complète des dizaines de cycles par jour.
Les MOF pourront bientôt produire 22 500 litres d’eau par jour
Soutenu par un panneau solaire pour alimenter un ventilateur et un système de chauffage qui accélèrent les cycles, l’appareil produit jusqu’à 1,3 litre d’eau par kilogramme de MOF par jour à partir de l’air du désert. Yaghi s’attend à de nouvelles améliorations pour porter ce nombre à 8 à 10 litres par jour.
L’année dernière, il a créé une société appelée Water Harvesting qui prévoit de lancer un appareil de la taille d’un four à micro-ondes pouvant fournir jusqu’à 8 litres par jour. La société promet une version à plus grande échelle l’année prochaine, qui produira 22 500 litres par jour, ce qui est suffisant pour alimenter un petit village. «Nous rendons l’eau mobile», dit Yaghi. « C’est comme prendre un téléphone filaire et fabriquer un téléphone sans fil. »
Cependant plusieurs chercheurs doivent encore montrer que ces MOF peuvent être fabriqués à moindre coût à grande échelle. Chaque MOF commercial potentiel doit faire ses preuves en matière de stabilité, d’efficacité et de durée de vie. Mais si les MOF réussissent ces tests, ils pourraient offrir un cadre pour résoudre certains des problèmes les plus pressants du monde; à savoir le manque d’eau et d’énergie renouvelables.
Source : Science
Crédit photo : Pixabay