Des ingénieurs du MIT et de Chine collaborent au développement d'un dispositif innovant de dessalement à énergie solaire, inspiré des processus océaniques. Ce dispositif utilise le dessalement pour transformer l'eau de mer en eau potable. Ce système compact produit 4 à 6 litres d'eau potable par heure. Étonnamment, il est plus performant et moins cher que l'eau du robinet. Les chercheurs utilisent cette approche pour optimiser les zones côtières où l'accès aux ressources en eau traditionnelles est limité.
Ce dispositif passif utilise la lumière naturelle du soleil pour chauffer l'eau salée, selon une étude publiée par l'équipe de recherche. Sa configuration permet l'eau circule dans des tourbillons, semblable à celui de l'océan circulation thermohaline. Cette circulation, combinée à la chaleur du soleil, provoque l'évaporation de l'eau, laissant derrière elle du sel. L'eau évaporée peut être condensée et récupérée sous forme d'eau pure et potable. Pendant ce temps, le sel restant circule dans l'appareil, empêchant ainsi toute accumulation et tout colmatage du système.
Le nouveau système produit plus d'eau et élimine plus de sel que les autres concepts de dessalement solaire passif actuellement testés. À l'échelle d'une petite valise, il peut produire environ 4 à 6 litres d'eau potable par heure et durer plusieurs années sans nécessiter de pièces de rechange. Avec cette taille et ces performances, le système peut produire de l'eau potable à un prix plus abordable que l'eau du robinet.
Chercheur scientifique au laboratoire de recherche sur les dispositifs du MIT, Lenan Zhang a déclaré, « Pour la première fois, il est possible que l’eau produite par la lumière du soleil soit encore moins chère que l’eau du robinet. »
Zhang a collaboré avec un étudiant diplômé du MIT Yang Zhong, Evelyn Wang (le professeur d'ingénierie Ford) et plusieurs chercheurs de l'Université Jiao Tong de Shanghai en Chine.
L'équipe souhaite créer une version plus grande de l'appareil capable de générer eau potable pour une petite familleCet appareil peut également être utilisé dans les communautés côtières qui n’ont pas accès à un approvisionnement en eau traditionnel.
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Renforcer le processus de convection
Ce n’était pas leur première tentative de développer un dispositif de dessalement à cette fin.
Appareil n°1
L'équipe a amélioré le conception précédente en créant un nouveau système. Ils ont testé ce concept sur le toit d'un bâtiment du MIT, et il a converti efficacement l'énergie solaire pour produire de l'eau potable. Cependant, le sel résiduel de ce processus s'accumulent et obstruent le système après quelques jours.
Le système suivant comporte plusieurs couches appelées étages, comprenant un évaporateur et un condenseur. Ces étages utilisent la chaleur du soleil pour séparer le sel de l'eau. En situation réelle, l'utilisateur devrait remplacer fréquemment les étages, ce qui rendrait le système plus coûteux.
Appareil n°2
Dans l' conception de suivi, Ils créé une solution Avec une disposition des couches similaire. Une nouvelle fonctionnalité a été introduite pour améliorer la circulation de l'eau entrante et assurer l'élimination complète du sel restant. Cette conception empêché le sel de se déposer et de s'accumuler sur l'appareil, mais il dessalait l'eau à un rythme lent.
Appareil n°3
La dernière version de ce système représente une véritable prouesse. L'équipe a réussi à développer un système qui non seulement produit une grande quantité d'eau à un rythme rapide, mais possède également une capacité exceptionnelle à rejeter le sel. Ce système est ainsi non seulement efficace, mais aussi fiable, garantissant un approvisionnement continu en eau potable pendant une longue période.
Le nouveau design intègre le meilleur de leurs deux concepts antérieurs: un système multi-étages avec évaporateurs et condenseurs qui améliore efficacement la circulation de l'eau et du sel à chaque étage. Le nouveau système génère de petits tirages, ressemblant au convection thermohaline dans l'océan. Ce phénomène remarquable propulse le mouvement de l'eau à travers le monde, entraîné par les variations de température de la mer (« thermo ») et de salinité (« haline »).
Lenan Zhang explique, Lorsque l'eau de mer est exposée à l'air, la lumière du soleil provoque son évaporation. Une fois l'eau retirée de la surface, le sel reste. Plus la concentration en sel est élevée, plus le liquide est dense, et cette eau plus lourde a tendance à s'écouler vers le bas. En reproduisant ce phénomène sur un kilomètre de large dans une petite boîte, nous pouvons exploiter cette caractéristique pour rejeter le sel.
Le processus
Les chercheurs ont placé la boîte entière inclinée à l'intérieur d'un récipient plus grand. Ils ont ensuite relié un tube reliant la partie supérieure de la boîte à la base du récipient, puis ont laissé flotter le récipient dans l'eau salée.
Au cœur du design se trouve une structure élégante et élancée, semblable à une boîte, dont le matériau sombre capte efficacement la chaleur radiante du soleil. Elle est divisée en deux sections distinctes: une partie supérieure et inférieure.
- Le la moitié supérieure La structure est dotée d'une couche évaporatrice spécialement conçue au plafond, exploitant la puissance du soleil pour réchauffer et évaporer l'eau au contact.
- Ensuite, la vapeur d’eau est redirigée vers la partie inférieure de la boîte.
- Ici, une couche de refroidissement par air condense la vapeur, la transformant en liquide pur et sûr, exempt de tout sel.
Cette configuration permet à l'eau d'être propulsée naturellement vers le haut à travers le tube et dans la boîte. La combinaison unique de l'inclinaison de la boîte et de la lumière du soleil l'énérgie thermique Cela permet non seulement à l'eau de tourbillonner lorsqu'elle se déplace, mais garantit également que les petits tourbillons maintiennent le sel en circulation continue au lieu de se déposer et de provoquer des blocages.
De plus, ces mouvements tourbillonnaires aident à mettre l’eau en contact avec la couche d’évaporation supérieure, optimisant ainsi le processus global.
L'équipe a créé différents prototypes :
- Un avec une seule étape
- Un autre avec trois étapes
- Prochainement avec 10 étapes
Ils ont testé ces prototypes dans de l’eau présentant différents niveaux de salinité, notamment de l’eau de mer naturelle et de l’eau sept fois plus salée.
Sur la base de ces tests, les chercheurs ont déterminé que agrandir chaque étape à un mètre carré Cela permettrait de produire un impressionnant débit de 5 litres d'eau potable par heure. Plus remarquable encore, ce système est conçu pour dessaler l'eau sans accumulation de sel pendant plusieurs années.
En plus de sa longévité, le système fonctionne entièrement sans électricité, Ce qui le rend incroyablement rentable. En fait, le coût estimé de fonctionnement de ce système est même inférieur au coût de production de l'eau du robinet aux États-Unis.
Yang Zhong dit : « Nous montrons que cet appareil est capable d'atteindre une longue durée de vie. Cela signifie que, pour la première fois, l'eau potable produite par la lumière du soleil peut être moins chère que l'eau du robinet. ouvre la possibilité au dessalement solaire de résoudre les problèmes du monde réel. »
Cette recherche sur le dessalement qui transforme l'eau de mer en eau potable est menée à l'Université Jiao Tong de Shanghai et a reçu un financement de la Fondation des sciences naturelles de Chine.
Matériau: Un système de dessalement pourrait produire de l’eau douce moins chère que l’eau du robinet
