Les auteurs de l’étude, Kuichang Zuo (à gauche) et Qilin Li, ont mis au point un nouveau type de dispositif de dessalement qui peut résister à la saumure hypersaline
Les systèmes de dessalement jouent un rôle important dans l’amélioration de l’accès à l’eau douce, mais certains types de ressources naturelles sont trop salés pour être traités par les solutions actuelles. Ces eaux hypersalines peuvent avoir une teneur en sel jusqu’à 10 fois supérieure à celle de l’eau de mer, et les scientifiques ont mis au point un système de dessalement alimenté par l’énergie solaire qui repose sur un revêtement spécial pour lutter contre cet ennemi super-salé.
L’eau hypersaline peut être produite par un certain nombre de procédés industriels, notamment la production de pétrole et de gaz, ainsi que par les méthodes actuelles de dessalement qui séparent l’eau douce et créent en même temps une saumure concentrée. Cette eau ne peut pas être traitée par les techniques de dessalement courantes car elle nécessite des pressions trop importantes, ce qui est coûteux et gourmand en énergie. L’élimination de l’eau hypersaline, quant à elle, est généralement une opération coûteuse.
Les scientifiques travaillent donc sur les technologies de dessalement de prochaine génération qui peuvent prendre en charge cette tâche exigeante, notamment un groupe de l’université de Columbia qui a démontré l’année dernière comment un solvant pouvait être ajouté à la saumure hypersaline pour en extraire la teneur en sel de manière efficace et peu coûteuse. La nouvelle percée de l’université de Rice est également censée être peu coûteuse et efficace, mais elle adopte une approche entièrement différente en tirant parti d’une forme bidimensionnelle de nitrure de bore.
Le nitrure de bore se présente sous différentes formes et tailles, mais lorsqu’il est façonné en motifs hexagonaux en 2D d’une épaisseur d’un seul atome, il acquiert des propriétés très utiles. Parfois appelé « graphène blanc », ce matériau s’est révélé prometteur dans le développement de l’électronique ultra-mince et des cellules solaires avancées, et l’équipe de l’université du riz a maintenant découvert qu’il pourrait jouer un rôle crucial dans le traitement de l’eau salée.
Son intérêt dans ce type d’application, a constaté l’équipe, réside dans la façon dont il peut faciliter de plus grands écarts de température de part et d’autre de la membrane dans un dispositif de dessalement. En général, lorsque la saumure s’écoule sur un côté de ces membranes poreuses, elle est chauffée par un revêtement spécial, ce qui crée une différence de température avec l’eau douce froide du côté opposé. Cela génère à son tour un gradient de pression qui force la vapeur d’eau à traverser la membrane pour filtrer les sels et autres contaminants.
Un diagramme illustrant le nouveau dispositif de dessalement de l’équipe de l’université du Rice
Le problème est que l’eau hypersaline est plus corrosive lorsqu’elle est chauffée, ce qui détruit rapidement les éléments chauffants de l’appareil et le rend inutilisable. C’est là qu’intervient le nitrure de bore 2D, dont l’équipe a fait pousser les couches hexagonales sur un fil métallique en acier inoxydable, qui sert d’élément chauffant et a été incorporé dans une membrane commerciale.
Celle-ci fait partie d’un dispositif de dessalement alimenté par l’énergie solaire, dans lequel des nanoparticules activées par la lumière et fixées à la membrane recueillent toute l’énergie solaire nécessaire. Lors des tests, les chercheurs ont découvert que ce dispositif était capable de dessaler de l’eau hypersaline avec un rendement « exceptionnellement » élevé d’eau douce, à raison de 42 kg par mètre carré de membrane, ce qui, selon eux, est plus de dix fois supérieur à ce que les technologies actuelles de membranes solaires ambiantes sont capables de produire.
L’équipe a pu incorporer sa solution dans un système de membrane enroulée qui pourrait être transporté plus facilement
La tension de l’élément chauffant fonctionnait à la même fréquence de 50 Hz qu’une alimentation domestique en courant alternatif et les densités de puissance atteignaient 50 kW par mètre carré. Le matériau aurait conservé une excellente stabilité et aurait démontré une conductivité thermique, une perméabilité à la vapeur et une résistance à la corrosion élevées, grâce à son revêtement spécial. L’équipe a notamment pu intégrer la technologie dans un système de membrane enroulée, ce qui est de bon augure pour une solution compacte qui pourrait être transportée et déployée selon les besoins. Les chercheurs sont maintenant à la recherche de partenaires industriels pour les aider à développer une version à plus grande échelle pour les essais sur le terrain.
« Nous sommes prêts à poursuivre certaines applications commerciales », déclare Qilin Li, professeur d’ingénierie civile et environnementale à l’université de Rice ». Le passage du procédé à l’échelle du laboratoire à une grande feuille CVD (dépôt chimique en phase vapeur) en 2D nécessitera un soutien externe ».
http://news.rice.edu/2020/11/03/industrial-strength-brine-meet-your-kryptonite/
