Étiquette : Un système de dessalement à énergie solaire transforme l’eau de mer en eau potable

Des flacons d’eau de mer, d’eau du Grand Lac Salé dans l’Utah aux Etats-Unis, d’eaux usées contenant du sulfate de nickel et du chlorure de cuivre, ainsi que d’eau dessalée et de sels récupérés, illustrent comment une nouvelle approche mise au point par des chercheurs de l’Université de Rochester transforme les eaux naturelles et industrielles en eau douce et en minéraux réutilisables. Crédit : Université de Rochester / J. Adam Fenster

Les Nations Unies estiment que 2,2 milliards de personnes n’ont pas accès à une eau potable gérée en toute sécurité, et que des communautés, de la Californie au Moyen-Orient, dépendent des usines de dessalement pour transformer l’eau de mer en eau douce. Les techniques de dessalement courantes, telles que l’osmose inverse et la distillation thermique, sont énergivores, nécessitent un prétraitement et un post-traitement de l’eau, et produisent un sous-produit d’eau salée concentrée appelé saumure. Ce sous-produit, rejeté dans l’océan, a des conséquences désastreuses sur la vie marine, car il augmente la salinité et diminue la teneur en oxygène de l’eau.

Mais une approche novatrice mise au point à l’Université de Rochester offre une solution à ces inconvénients. Des chercheurs de l’Institut d’optique de l’Université de Rochester ont développé un nouveau procédé de dessalement solaire thermique permettant de produire de l’eau douce de manière écoénergétique, sans rejet de saumure et sans ajout de produits chimiques pour le prétraitement.

Une équipe dirigée par Chunlei Guo, professeur d’optique et de physique et chercheur principal au Laboratoire d’énergétique laser de l’Université de Rochester, décrit sa méthode dans un article publié dans Light: Science & Applications .

Cette technologie utilise des panneaux solaires en métal noir gravés au laser femtoseconde pour rendre la surface extrêmement absorbante et hydrophile, c’est-à-dire extrêmement attractive pour l’eau.

Les panneaux possèdent une zone active traitée au laser qui attire une fine couche d’eau à la surface, absorbe la quasi-totalité du rayonnement solaire, distille l’eau et dépose les sels et minéraux restants sur les côtés non traités du panneau, ou zone « passive », afin que le sel n’obstrue pas la zone active et ne perturbe pas le dessalement continu.

Exploiter l’effet « tache de café »

Selon Guo, d’autres chercheurs ont mis au point des techniques de dessalement solaire thermique qui fonctionnent bien en laboratoire avec de l’eau de mer simulée composée uniquement d’eau et de chlorure de sodium. Lors de l’évaporation de l’eau, le chlorure de sodium cristallise sous forme de particules granuleuses et poreuses, permettant à l’eau de dissoudre le sel. Les panneaux solaires peuvent ainsi être facilement nettoyés.

Mais l’océan réel a une composition bien plus complexe, et ces systèmes rencontrent souvent des problèmes lors des tests en conditions réelles. Contrairement au chlorure de sodium, de nombreux autres composants de l’eau de mer, comme les matériaux à base de magnésium et de calcium, cristallisent sous forme de croûte non poreuse à la surface du panneau solaire, l’obstruent, et finissent par empêcher l’eau de s’infiltrer.

C’est le même phénomène que celui qui se produit lorsque votre pommeau de douche se bouche avec le temps ou lorsque votre théière s’entartre, sauf que l’eau de mer contient des centaines de fois plus de sels que l’eau du robinet.

Dans le laboratoire du professeur Chunlei Guo à l’Université de Rochester, des chercheurs ont mis au point un dispositif de dessalement solaire utilisant un métal noir superabsorbant gravé au laser. Cette technologie permet de produire de l’eau douce à partir d’eau de mer tout en capturant les sels et les minéraux, évitant ainsi la production de saumure nocive. Crédit : Université de Rochester / J. Adam Fenster

Pour éviter que la surface de leurs panneaux solaires ne s’encrasse de la même manière, l’équipe de Guo a gravé avec précision les rainures du métal noir afin que les différents sels et minéraux présents dans l’eau de mer s’en détachent facilement. Ils ont également exploité un phénomène physique qui a tourmenté les amateurs de café maladroits pendant des siècles : l’effet « tache de café ».

« Si vous laissez tomber du café sur une surface, l’eau finit par s’évaporer et il reste un anneau sur le bord extérieur qui est constitué des particules de café concentrées », explique Guo. « Nous utilisons ce même principe pour faire progresser les sels vers la zone passive. »

En testant leur technique de dessalement solaire thermique à l’aide d’échantillons d’eau provenant des océans Pacifique, Atlantique et Indien, Guo et son équipe ont réussi à rendre la surface autonettoyante, de sorte qu’elle extraie l’eau douce et dirige les sels restants vers la zone passive où ils pourraient être collectés ultérieurement sans réduire l’efficacité du panneau.

Transformer les déchets en ressources

L’un des principaux avantages de cette nouvelle méthode est qu’au lieu de produire une saumure à éliminer ou à traiter, elle extrait la quasi-totalité des sels sous forme solide. Ce procédé pourrait non seulement permettre de produire une quantité abondante de sel de table, mais aussi d’extraire des minéraux plus précieux, comme le lithium, utilisé dans les batteries lithium-ion qui alimentent les véhicules électriques et autres appareils électroniques.

Dans un article connexe publié dans le Journal of Materials Chemistry A , Guo et ses collègues démontrent comment utiliser les mêmes panneaux solaires à évacuation ultra-rapide pour séparer le lithium des autres sels lors du dessalement. L’incorporation de nanoparticules de titanate d’hydrogène dans les minuscules rainures de la surface métallique noire permet d’isoler le lithium des autres sels et minéraux.

« L’extraction du lithium à partir de la terre s’est avérée très gourmande en énergie et très énergivore d’un point de vue environnemental ; extraire directement le lithium de l’eau salée pourrait donc constituer une voie d’avenir très importante », explique Guo.

À partir d’échantillons d’eau du Grand Lac Salé, les chercheurs ont pu extraire environ 50 % du lithium contenu dans les sels résiduels du processus de dessalement.

Guo affirme que maintenant que la technologie de dessalement à évacuation ultra-rapide a été démontrée grâce à des preuves de concept sur des dispositifs à petite échelle, il considère cette technologie comme intrinsèquement évolutive, capable d’améliorer l’accès mondial à l’eau potable et de construire des chaînes d’approvisionnement plus durables pour les minéraux précieux.

https://www.rochester.edu/newscenter/what-is-desalination-definition-ocean-water-704732/