Un dispositif rend l’eau de mer potable en utilisant la puissance du soleil
Un dispositif de distillation solaire peut purifier la saumure des installations d’osmose inverse présentant une salinité supérieure à 10 %, ainsi que l’eau prélevée directement dans la mer Rouge. Cette technologie offre un taux de production d’eau douce deux fois supérieur à celui des alambics solaires à rejet de sel existants.
Un dispositif de distillation solaire
Inspiré par l’alambic solaire flottant du film « La vie de Pi », le professeur de KAUST Qiaoqiang Gan a développé plusieurs nanomatériaux et procédés d’isolation thermique pour améliorer l’évaporation de l’eau saumâtre en vapeur pure. En 2016, il a lancé une startup, Sunny Clean Water, qui produit des alambics gonflables à bas prix capables de générer 10 à 20 litres d’eau douce par jour.
En 2021, Gan a rejoint KAUST et a fait équipe avec son collègue professeur Yu Han et le chercheur Kaijie Yang pour améliorer l’efficacité du rejet de sel, une stratégie qui utilise des techniques telles que les surfaces hydrophobes ou la convection des fluides pour limiter les accumulations de minéraux.
Le nouvel évaporateur de l’équipe est un cube en plastique de taille centimétrique qui contient plusieurs membranes en fibre de verre – des matériaux fins normalement utilisés pour la filtration. Une membrane alignée horizontalement et recouverte de nanotubes de carbone agit comme une couche absorbant la lumière sur la surface supérieure du cube. En dessous, une série de membranes orientées verticalement, ou « ponts de transfert de masse », sépare l’absorbeur solaire de l’eau salée.
Toutefois, lorsqu’il s’agit de purifier l’eau de mer, M. Gan admet que même ses dispositifs ont des limites. « Avec le temps, il y aura toujours une accumulation de sel sur le matériau d’absorption solaire. Le sel accumulé reflète la lumière du soleil et dégrade les performances de l’appareil », explique-t-il.
Des microcanaux hydrophiles absorbent l’eau
Kaijie Yang, qui a conçu le dispositif, explique que les ponts contiennent des microcanaux hydrophiles qui absorbent l’eau de mer jusqu’à la couche solaire supérieure pour la distillation en vapeur. Et lorsque l’accumulation de sel atteint un certain seuil, les mêmes microcanaux ramènent la saumure dans l’eau de mer grâce à l’action capillaire des gradients de concentration.
Les ponts surélevés permettent à la chaleur conductrice qui se produit lors du reflux du sel de circuler dans l’alambic solaire, ce qui améliore le rendement de l’évaporation. « D’autres évaporateurs peuvent réaliser un bon rejet de sel, mais avec un processus de reflux court, il y a beaucoup de perte d’énergie thermique et cela a un impact sur les taux de production d’eau », explique Yang.
De très bons résultats lors de tests
« Notre système présente l’avantage de pouvoir ajuster le compromis entre le rejet de sel et la production d’eau. » Les tests effectués dans des laboratoires intérieurs et des stations de terrain extérieures ont révélé que l’alambic solaire pouvait répondre aux besoins en eau potable de deux personnes par jour, avec un coût de matière première estimé à 50 dollars par mètre carré.
« Nous pouvons passer à une architecture plus grande en assemblant les cubes ensemble », explique Han. « Comme ce dispositif offre un fonctionnement à long terme sans aucune maintenance, nous nous préparons à la commercialisation. »
Cette recherche a été publiée dans Nature Communications.
Source : King Abdullah University of Science and Technology
Crédit photo : StockPhotoSecrets