Environ un milliard de personnes dans le monde n'ont pas accès à l'eau potable. Le dessalement de l'eau salée en eau potable peut aider à combler cette lacune dangereuse. Mais les systèmes de dessalement traditionnels sont beaucoup trop coûteux à installer et à exploiter dans de nombreux endroits, en particulier dans les pays à faible revenu et les zones reculées.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'école d'ingénierie A. James Clark de l'Université du Maryland ont démontré un prototype réussi d'un composant essentiel pour le dessalement à petite échelle abordable :un évaporateur solaire peu coûteux, en bois. L'évaporateur génère de la vapeur avec un rendement élevé et un besoin d'entretien minimal, dit Liangbing Hu, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux et affilié au Maryland Energy Innovation Institute.

La conception utilise une technique connue sous le nom d'évaporation interfaciale, " qui montre un grand potentiel en réponse à la pénurie mondiale d'eau en raison de son efficacité élevée du solaire à la vapeur, faible impact environnemental, et conception d'appareils portables à faible coût, " Hu dit. " Ces caractéristiques le rendent approprié pour la production et la purification d'eau hors réseau, surtout pour les pays à faible revenu."

Les évaporateurs interfaciaux sont constitués de matériaux minces qui flottent sur de l'eau salée. Absorbant la chaleur solaire sur le dessus, les évaporateurs aspirent en continu l'eau saline par le bas et la convertissent en vapeur sur leur surface supérieure, laissant derrière lui le sel, explique Hu, qui est l'auteur principal d'un article décrivant le travail dans Matériaux avancés .

Cependant, avec le temps, du sel peut s'accumuler sur cette surface d'évaporation, dégradant progressivement les performances jusqu'à ce qu'il soit supprimé, il dit.

Hu et ses collègues ont minimisé le besoin de cet entretien avec un appareil en tilleul qui exploite la structure naturelle du bois des canaux de l'ordre du micron qui transportent l'eau et les nutriments jusqu'à l'arbre.

Les chercheurs complètent ces canaux naturels en forant un deuxième réseau de canaux d'un millimètre de large à travers une fine section transversale du bois, dit Yudi Kuang, chercheur invité et auteur principal de l'article. Les enquêteurs exposent ensuite brièvement la surface supérieure à une chaleur élevée, qui carbonise la surface pour une plus grande absorption solaire.

En opération, comme l'appareil absorbe l'énergie solaire, il aspire l'eau salée à travers les canaux naturels du bois, larges d'un micron. Le sel est spontanément échangé de ces minuscules canaux à travers des ouvertures naturelles le long de leurs côtés vers les canaux forés beaucoup plus larges, puis se dissout facilement dans l'eau en dessous.

"Dans le laboratoire, nous avons démontré avec succès un excellent antisalissure dans une large gamme de concentrations de sel, avec une génération de vapeur stable avec environ 75% d'efficacité, " dit Kuang.

"En utilisant le bois naturel comme seul matériau de départ, l'évaporateur solaire à rejet de sel devrait être peu coûteux, " ajoute l'associé de recherche Chaoji Chen. L'approche de l'évaporateur est également efficace dans d'autres types de bois avec des canaux naturels similaires. Les chercheurs optimisent maintenant leur système pour une plus grande efficacité, moindre coût d'investissement, et l'intégration avec un condenseur de vapeur pour compléter le cycle de dessalement.

Le laboratoire de Hu a également récemment développé un autre prototype de dispositif à chauffage solaire qui tire parti de la capacité du bois carbonisé à absorber et à distribuer l'énergie solaire, celui-ci créé pour aider à nettoyer les déversements d'huiles lourdes difficiles à collecter. "Notre matériau en bois carbonisé démontre une absorption rapide et efficace du pétrole brut, ainsi qu'un potentiel de fabrication à faible coût et évolutif, " dit Kuang, auteur principal d'un article sur la recherche sur les matériaux fonctionnels avancés.

"Le bois est un échafaudage matériel intrigant, avec sa structure unique hiérarchiquement poreuse, et c'est un renouvelable, ressource abondante et rentable, " dit Hu. "Dans notre laboratoire, la compréhension fondamentale des biomatériaux (en particulier le bois) nous amène à atteindre des performances extraordinaires qui sont compétitives avec des matériaux largement utilisés mais non durables."

Entre autres projets, son laboratoire a créé des matériaux isolants "nanowood" légers et efficaces. Il a également conçu un "super bois" qui est 12 fois plus résistant et 10 fois plus résistant que le bois naturel, et peut potentiellement remplacer l'acier, titane ou fibre de carbone dans certaines applications, il dit.