La rareté de l'eau douce dans de nombreuses régions du monde nécessite des méthodes améliorées et durables de traitement des eaux usées. Crédit :PS Photographie sur Pexels
Aujourd'hui, un grand nombre de personnes dans le monde souffrent de pénurie d'eau potable, surtout dans les régions rurales éloignées, une menace importante pour la vie humaine et la société. Alors que des techniques telles que la distillation membranaire et l'osmose inverse ont été utilisées pour traiter l'eau saline et remédier à la situation, ils souffrent de limitations comme une faible productivité, coût élevé et consommation d'énergie élevée.
Dans les années récentes, La génération directe de vapeur solaire (DSSG) est devenue une technique viable pour la purification de l'eau. Le procédé utilise des matériaux photothermiques capables d'absorber de grandes quantités d'énergie solaire. Ces matériaux sont ensuite amenés à flotter dans l'eau, ce qui permet de maintenir un chauffage localisé et de générer de la vapeur d'eau qui est ensuite condensée pour obtenir de l'eau propre. Les méthodes DSSG actuelles ont atteint les limites de l'efficacité thermique solaire et du taux d'évaporation; cependant, étant donné la demande d'eau propre à haut débit dans la commercialisation à grande échelle, une amélioration supplémentaire du taux d'évaporation est nécessaire. Des études antérieures ont tenté de le faire en explorant des absorbeurs pour manipuler l'entrée et l'énergie requise pour l'évaporation, mais la relation entre IE et RE n'a pas encore été étudiée.
À cette fin, Le professeur Lei Miao de l'Institut de technologie de Shibaura, Japon, avec les co-auteurs Xiaojiang Mu et Jianhua Zhou de l'Université de technologie électronique de Guilin, Chine, visait à trouver un équilibre entre IE et RE pour optimiser les performances d'évaporation dans DSSG. Selon les chercheurs, l'astuce consistait à réduire le RE pour correspondre à l'IE, un concept unique appelé correspondance énergétique. Pour ça, ils ont mis au point un système d'évaporation innovant basé sur des structures bicouches de bois recouvert d'un aérogel de nanotubes de carbone (CACW). La conception a fourni trois couches d'isolation thermique, ce qui (1) minimise les pertes de chaleur et empêche une chute soudaine de température dans l'absorbeur et (2) régule le transport de l'eau vers la surface d'évaporation. Le professeur Miao explique, « La régulation de la vitesse de l'eau est la clé de la stratégie de « correspondance énergétique » utilisée dans notre conception. En contrôlant la vitesse de transport de l'eau, nous nous assurons que le RE pour l'évaporation est équilibré avec l'IE à l'absorbeur. » Les résultats de leur étude sont publiés dans RRL solaire.
Les scientifiques ont maintenant mis au point une stratégie pour augmenter le taux d'évaporation de l'eau en faisant correspondre l'énergie nécessaire à la vaporisation avec l'énergie d'entrée, ouvrant la voie à une meilleure efficacité de la production directe de vapeur solaire. Crédit :Lei Miao de SIT
Pour tester la vitesse de transport de l'eau dans le système CACW, les scientifiques ont évalué les taux d'évaporation pour différentes concentrations de nanotubes de carbone et pour des feuilles de bois de différentes épaisseurs. En outre, ils ont utilisé le système pour traiter des échantillons liquides imitant les eaux usées et ont estimé leur qualité post-traitement en termes de concentration ionique, teneur en huile, et les niveaux bactériens. Finalement, ils ont estimé l'IE et les taux d'évaporation sous différentes vitesses de transport de l'eau.
L'analyse a révélé que les meilleures performances d'évaporation et l'efficacité de conversion d'énergie solaire-vapeur la plus élevée obtenues avec ce système étaient de 2,22 kg m. -2 h -1 et 93,2%, respectivement, qui sont plus élevés que les autres matériaux à base de carbone. De plus, l'évaporateur a montré une capacité d'auto-nettoyage suffisante ainsi qu'une excellente stabilité après 10 cycles. L'eau traitée présentait des concentrations d'ions métalliques considérablement réduites, taux de bactéries et teneur en huile par rapport aux échantillons d'entrée, suggérant qu'il était propre à boire.
Avec des résultats aussi encourageants, Le professeur Miao considère qu'il s'agit d'un triomphe pour la stratégie de « correspondance énergétique » et pense qu'elle a innové. Elle dit, « Notre stratégie a permis d'améliorer de 40 % le taux d'évaporation ainsi qu'une efficacité de conversion solaire-vapeur élevée de 93 %. Nous attendons maintenant avec impatience la mise en œuvre pratique de DSSG dans le dessalement de l'eau de mer et le traitement des eaux usées. À l'avenir, nous espérons trouver de nouvelles idées pour développer davantage cette technologie jusqu'à ce que nous ayons éradiqué la pénurie d'eau."
