Alors que les populations explosent et que les sécheresses chroniques persistent, les villes côtières comme Carlsbad en Californie du Sud se sont de plus en plus tournées vers le dessalement des océans pour compléter un approvisionnement en eau douce en baisse. Aujourd'hui, des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie qui étudient comment rendre le dessalement moins coûteux ont trouvé des règles de conception prometteuses pour fabriquer des liquides ioniques dits « thermiquement réactifs » pour séparer l'eau du sel.

Les liquides ioniques sont un sel liquide qui se lie à l'eau, ce qui les rend utiles dans l'osmose directe pour séparer les contaminants de l'eau. (Voir les questions-réponses du Berkeley Lab, "Aller de l'avant sur le dessalement") Les liquides ioniques thermosensibles sont encore meilleurs car ils utilisent de l'énergie thermique plutôt que de l'électricité, qui est requis par le dessalement conventionnel par osmose inverse (OI) pour la séparation. La nouvelle étude du Berkeley Lab, publié récemment dans la revue Nature Communications Chimie , ont étudié les structures chimiques de plusieurs types de liquide/eau ionique pour déterminer quelle "recette" fonctionnerait le mieux.

"L'état de l'art actuel du dessalement RO fonctionne très bien, mais le coût du dessalement RO entraîné par l'électricité est prohibitif, " a déclaré Robert Kostecki, co-auteur de l'étude. "Notre étude montre que l'utilisation de chaleur "gratuite" à faible coût, telle que la chaleur géothermique ou solaire ou la chaleur résiduelle industrielle générée par des machines, combinée à des liquides ioniques thermosensibles pourrait compenser une grande partie des coûts liés aux technologies actuelles de dessalement par OI. qui dépendent uniquement de l'électricité."

Kostecki, directeur adjoint de la division Stockage d'énergie et ressources distribuées (ESDR) dans le domaine des technologies énergétiques du Berkeley Lab, en partenariat avec l'auteur co-correspondant Jeff Urban, un scientifique de la fonderie moléculaire de Berkeley Lab, pour étudier le comportement des liquides ioniques dans l'eau au niveau moléculaire.

Grâce à la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire et à la diffusion dynamique de la lumière fournie par les chercheurs de la division ESDR, ainsi que des techniques de simulation de dynamique moléculaire à la Fonderie Moléculaire, l'équipe a fait une découverte inattendue.

On a longtemps pensé qu'une séparation efficace des liquides ioniques reposait sur le rapport global des composants organiques (parties du liquide ionique qui ne sont ni positivement ni négativement chargées) à ses ions chargés positivement, explique Urbain. Mais l'équipe du Berkeley Lab a appris que le nombre de molécules d'eau qu'un liquide ionique peut séparer de l'eau de mer dépend de la proximité de ses composants organiques avec ses ions chargés positivement.

"Ce résultat était complètement inattendu, " dit Urban. " Avec ça, nous avons maintenant des règles de conception pour lesquelles les atomes dans les liquides ioniques font le dur travail du dessalement."

Une technologie d'osmose inverse à membrane vieille de plusieurs décennies développée à l'origine à l'UCLA dans les années 1950, connaît une résurgence - il y a actuellement 11 usines de dessalement en Californie, et d'autres ont été proposés. les scientifiques du Berkeley Lab, à travers l'Institut de recherche sur la résilience eau-énergie, poursuivent une gamme de technologies pour améliorer la fiabilité du système d'approvisionnement en eau des États-Unis, y compris les technologies avancées de traitement de l'eau telles que le dessalement.

Parce que l'osmose directe utilise de la chaleur au lieu de l'électricité, l'énergie thermique peut être fournie par des sources renouvelables telles que la chaleur géothermique et solaire ou industrielle de qualité inférieure.

"Notre étude est une étape importante vers la baisse du coût du dessalement, " a ajouté Kostecki. " C'est aussi un excellent exemple de ce qui est possible dans le système de laboratoire national, où les collaborations interdisciplinaires entre les sciences fondamentales et les sciences appliquées peuvent conduire à des solutions créatives à des problèmes difficiles au profit des générations à venir."

Des chercheurs de l'UC Berkeley et de l'Idaho National Laboratory ont également contribué à l'étude. La fonderie moléculaire est une installation d'utilisateurs du DOE Office of Science spécialisée dans la science à l'échelle nanométrique. Ce travail a été soutenu par l'Office of Energy Efficiency and Renewable Energy du département de l'Énergie des États-Unis.