Le monde a besoin d'eau propre, et son besoin ne fera que croître dans les décennies à venir. Pourtant, le dessalement et d'autres technologies de purification de l'eau sont souvent coûteux et nécessitent beaucoup d'énergie pour fonctionner, ce qui rend d'autant plus difficile la fourniture d'eau plus propre à une population croissante dans un monde en réchauffement.

Aller de l'avant, les chercheurs devraient utiliser des outils tels que ceux disponibles dans les synchrotrons à rayons X pour mieux mesurer les propriétés des matériaux impliqués dans la purification de l'eau salée ou autrement contaminée, soutiennent des scientifiques du Laboratoire national d'accélérateurs SLAC du Département de l'énergie et de l'Université de Paderborn en Allemagne,

« C'est vraiment un moment opportun pour le pays :les laboratoires nationaux, partenaires universitaires et industriels - pour faire progresser la science liée au dessalement" et d'autres technologies de l'eau propre, dit Michael Toney, un scientifique distingué de la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford du SLAC. Toney et les co-auteurs Sharon Bone, scientifique de la SSRL et Hans-Georg Steinrück, professeur de Paderborn, viennent de publier une nouvelle perspective sur l'avancement de la technologie de l'eau propre dans la revue Joule .

Le défi est de taille. Autour du monde, des milliards de personnes luttent pour trouver de l'eau potable au moins un mois par an, et les projections suggèrent que les demandes d'eau dans certaines régions des États-Unis - y compris la Californie, qui lutte contre les sécheresses – dépassera l'offre d'ici 2050 environ.

En plus de ça, le dessalement ou le nettoyage de l'eau est souvent coûteux et inefficace sur le plan énergétique, et il n'est pas toujours évident de savoir comment améliorer ces technologies.

Par exemple, en osmose inverse membranaire, l'eau salée s'écoule sur une membrane sous pression, pousser l'eau propre à travers la membrane dans un courant d'eau douce et retenir le sel, organique, et les contaminants sur le cours d'eau salée. Pourtant, les chercheurs ne comprennent pas en détail les processus physiques et chimiques responsables de ce filtrage ou comment certains des pièges de l'osmose inverse, tels que l'encrassement, l'accumulation de matière organique et inorganique sur la membrane-interfèrent avec le processus.

"C'est la complexité de ces systèmes qui les rendent si difficiles à sonder, et c'est pourquoi le synchrotron est si précieux, car cela nous permet de sonder cela, " a déclaré le professeur Steinrück.

Si les chercheurs comprenaient mieux comment fonctionnait l'osmose inverse et comment elle pouvait s'encrasser, ils pourraient trouver des indices pour améliorer le processus et développer de nouveaux matériaux pour les technologies de l'eau propre. Spectroscopie aux rayons X, par exemple, pourrait révéler quelles molécules sont les plus responsables de l'encrassement. Expériences de diffusion des rayons X et méthodes d'imagerie, comme la microscopie électronique, pourrait donner aux scientifiques et aux ingénieurs une meilleure image de ce qui se passe à petite échelle. Idem pour les autres techniques, comme l'ionisation capacitive, une technique qui fonctionne le mieux sur les eaux souterraines à faible salinité ou saumâtre et est étroitement liée à la recherche de pointe sur les batteries. Quoi de plus, cette compréhension à petite échelle pourrait permettre aux chercheurs de concevoir de nouveaux matériaux pour le dessalement et d'atténuer l'encrassement.

Ce type de recherche est également une opportunité pour les scientifiques d'avoir un impact plus direct sur un problème mondial de plus en plus pressant - un facteur qui a motivé Bone, qui travaille également à comprendre comment les polluants et les nutriments circulent dans les écosystèmes naturels, travailler avec des collègues du SLAC et des ingénieurs chimistes de l'Université de Stanford sur les technologies de l'eau propre. En collaboration avec Valerie Niemann, étudiante diplômée en génie chimique de Stanford et le professeur William Tarpeh, Bone et Toney ont déjà commencé à étudier comment les salissures s'accumulent sur les membranes d'osmose inverse.

"Je voulais me joindre à cet effort parce que j'y voyais une opportunité de travailler directement sur une technologie qui pourrait avoir un impact face au changement climatique, " dit Bone.