Un évaporateur solaire haute performance transforme rapidement l'eau de mer en eau potable douce
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Une équipe de recherche affiliée à l'UNIST a dévoilé une nouvelle technologie capable de transformer l'eau de mer en eau potable grâce à la seule énergie solaire, sans aucune source d'énergie externe. Cette avancée pourrait jouer un rôle crucial dans la résolution des pénuries d'eau dans les pays en développement et les communautés insulaires isolées où l'électricité est souvent inaccessible.
Sous la direction du professeur Ji-Hyun Jang de l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST, l'équipe a mis au point un évaporateur à base d'oxyde ternaire capable d'utiliser efficacement l'énergie solaire pour provoquer l'évaporation. Placé sur l'eau de mer, l'appareil la chauffe, ce qui entraîne son évaporation puis sa condensation en eau potable, le tout sans consommation d'électricité.
Leurs expériences ont démontré qu'un dispositif d'un mètre carré (1 m²) peut produire environ 4,1 litres d'eau propre en une heure seulement. Cela représente près de sept fois le taux d'évaporation naturel de l'eau de mer, ce qui en fait l'évaporateur à base d'oxydes le plus rapide jamais décrit.
L'étude « Évaporateur solaire évolutif basé sur un oxyde de spinelle CuMnCrO 4 à bande interdite modifiée avec une propriété résistante au sel pour l'eau de mer contaminée » a été publiée en ligne dans Advanced Materials le 16 décembre.
Comment fonctionne le nouveau matériau
Ce procédé est rendu possible grâce à un nouveau type de matériau photothermique : une substance qui absorbe la lumière du soleil et la convertit en chaleur. Ce matériau est appliqué sur la surface de l’évaporateur, ce qui améliore sa capacité à convertir la lumière du soleil en énergie thermique.
Les chercheurs ont obtenu ce résultat en remplaçant une partie du manganèse d'un oxyde de manganèse résistant à la corrosion par du cuivre et du chrome, créant ainsi un nouvel oxyde ternaire. En ajustant précisément la composition du matériau grâce à un procédé appelé ingénierie de la bande interdite, ils l'ont rendu capable d'absorber la quasi-totalité du spectre solaire, de l'ultraviolet au proche infrarouge, couvrant ainsi 97,2 % de la lumière solaire. Contrairement aux oxydes classiques qui absorbent principalement la lumière visible, ce nouveau matériau capte et convertit une gamme beaucoup plus large de rayonnement solaire en chaleur.
Il en résulte une température de surface pouvant atteindre 80 °C, nettement supérieure à celle des matériaux précédents à base d'oxyde de manganèse, qui plafonnaient à environ 63 °C ou 74 °C avec les oxydes de cuivre-manganèse.
Sa conception innovante empêche l'accumulation de sel.
La conception de ce dispositif permet également de résoudre un problème courant du dessalement solaire : l’accumulation de sel. Il présente une forme en U inversé , avec un revêtement photothermique sur la partie qui absorbe l’eau. Sa structure comprend des fibres absorbant l’eau et un tissu en polyester hydrophobe, qui contribuent à une absorption efficace de l’eau et permettent aux ions de sel de s’écouler, empêchant ainsi l’accumulation de sel en surface.
Le professeur Jang a expliqué : « Nous avons fondamentalement amélioré la gamme d’absorption de la lumière et l’efficacité photothermique des matériaux oxydes, ce qui nous a permis de développer un évaporateur durable et performant. Son adaptabilité et sa stabilité en font une solution potentielle aux pénuries d’eau réelles. »