La cristallisation de la saumure à l'énergie solaire pourrait atténuer les impacts environnementaux du dessalement de l'eau de mer.

Le traitement de la saumure résiduelle à l'aide d'un cristallisoir autonettoyant fonctionnant à l'énergie solaire pourrait être un moyen écologique et efficace de rendre le dessalement de l'eau de mer plus durable.

Dans les régions désertiques, le dessalement de l'eau de mer fournit de l'eau douce essentielle pour la consommation et l'agriculture. Un problème majeur est que le processus génère de grandes quantités de saumure concentrée qui est souvent rejetée dans les lacs et les rivières à proximité ou dans la mer, nuire à la végétation et à la vie marine. "Avec le resserrement des réglementations environnementales et la sensibilisation croissante du public, il y a une pression pour traiter la saumure sans rejet liquide, " dit Chenlin Zhang, un doctorat étudiant à KAUST. Cela signifie extraire la dernière goutte d'eau tout en laissant des cristaux minéraux solides qui peuvent être récupérés pour d'autres usages.

La cristallisation nécessite actuellement soit des conteneurs résistants à la corrosion coûteux et de grandes quantités d'énergie pour faire bouillir la saumure, soit de grandes surfaces de terre en tant que bassins d'évaporation dédiés. Les cristalliseurs solaires qui utilisent des matériaux photothermiques pour convertir la lumière du soleil en chaleur gagnent en popularité mais ont des performances limitées car ils accumulent des cristaux de sel, qui réduisent l'absorption lumineuse en surface.

Pour y remédier, une équipe dirigée par Peng Wang a construit un cristalliseur tridimensionnel qui sépare le matériau photothermique de la saumure à l'aide d'aluminium hautement conducteur. La lumière du soleil pénètre dans la partie supérieure ouverte d'une colonne carrée et un revêtement photothermique sur le mur intérieur transfère la chaleur à travers une feuille d'aluminium vers les murs extérieurs. Une membrane poreuse enroulée autour de l'extérieur absorbe la saumure d'un réservoir en dessous et la répand sur la surface. La chaleur évapore l'eau et les cristaux de sel s'accumulent à l'extérieur, laissant la paroi intérieure propre.

"Le sel accumulé peut être facilement gratté à la main ou laissé s'accumuler suffisamment pour éventuellement tomber sous son propre poids, " explique Zhang. " Un tel autonettoyant pourrait être très utile dans les systèmes à l'échelle industrielle. "

Leur appareil a bien fonctionné sur des solutions salines expérimentales, mais lorsqu'il est testé sur l'eau de la mer Rouge, les taux d'évaporation ont ralenti presque à zéro et des cristaux de magnésium ont obstrué les pores.

L'équipe de Wang a résolu ce problème en ajoutant une petite quantité d'acide nitrilotriacétique, un inhibiteur de cristallisation bon marché et biodégradable, à la saumure non traitée. « Notre stratégie pourrait résoudre le problème de longue date de l'entartrage du sel dans les cristallisoirs conventionnels et constitue un moyen prometteur de traiter la saumure sans rejet liquide, " dit Wang.

Lorsqu'il est alimenté par la lumière artificielle du soleil, leur cristallisoir a traité la saumure de la mer Rouge en continu pendant 288 heures, évaporation de l'eau à un taux horaire de 2,42 kilogrammes par mètre carré de surface. Lorsqu'il est alimenté par la lumière solaire réelle sur le toit d'un immeuble résidentiel à KAUST, il évaporait 48 kilogrammes d'eau par jour et par mètre carré de surface, malgré les heures d'obscurité.

L'équipe de Wang travaille sur des améliorations pour rendre leur cristallisoir à énergie solaire commercialement évolutif. "Nous étudierons également la récupération de minéraux utiles, comme le magnésium et le potassium, des sels solides et révéler la vraie valeur de la saumure usée, " il ajoute.