Nous savons qu'une consommation excessive, l'activité industrielle et la croissance de la population mondiale sont quelques-uns des facteurs qui menacent l'accès à l'eau potable pour une proportion croissante de personnes dans le monde. Selon les chiffres de l'UNESCO de 2012, près de 700 millions de personnes souffrent d'un accès limité à l'eau et ce nombre pourrait atteindre 1,8 milliard d'ici 2025. Le dessalement et le traitement des eaux usées industrielles peuvent produire de grandes quantités d'eau potable, et ces méthodes sont déjà utilisées dans de nombreux pays et régions tels que les Émirats arabes unis, Arabie Saoudite, Chine, L'Europe et les États-Unis. Cependant, les systèmes existants sont coûteux et consomment beaucoup d'énergie. Jeff Ong, du Laboratoire de Synthèse Inorganique et Catalyse de l'EPFL, a développé une machine de traitement de l'eau qui combine les avantages de toutes les principales technologies actuellement utilisées tout en offrant des performances améliorées. Par exemple, le prototype retire plus de 99,9 pour cent du sel de l'eau de mer avec le même débit mais en utilisant moins d'énergie. Le système sera testé dans des conditions réelles cette année.

Augmentation du débit

La principale technologie de dessalement à grande échelle utilisée aujourd'hui est l'osmose inverse. Lorsque deux liquides identiques séparés par une membrane semi-perméable ont une concentration différente de sel ou d'autres minéraux, celui avec la concentration la plus faible traverse la membrane jusqu'à ce que chaque liquide ait la même concentration. Pour inverser ce processus naturel et donc maximiser la quantité d'eau douce, une pression est appliquée au liquide le plus concentré pour qu'il s'écoule à travers la membrane de filtration vers le côté eau potable. La technique utilise une quantité d'électricité relativement importante (environ 4 à 5 kWh/m3) et les membranes se détériorent rapidement, comme d'autres composants, usés par les particules minérales. Ils doivent être nettoyés chimiquement plusieurs fois par an et remplacés très fréquemment. « Cela se traduit par des coûts de maintenance élevés pour les producteurs, " dit Ong. Cependant, le concept de dessalement utilisé par la spin-off EPFL utilise des membranes en matériau inerte hydrophobe, s'usent moins vite et peuvent être recyclés à moindre coût.

Évaporation de l'eau à l'aide d'éléments de récupération de chaleur

Pour maximiser la séparation du sel, dont le prototype de l'EPFL passe à plus de 99,9 pour cent, Ong a mis en place une série de modules de dessalement par évaporation. Pour remédier à la principale faiblesse du système, la consommation d'énergie, il a apporté plusieurs améliorations, notamment la récupération de chaleur interne et un transfert de chaleur plus efficace. En réduisant la pression, l'eau peut être portée à ébullition à une température inférieure à 80°C. La vapeur produite est refroidie et récupérée sous forme d'eau douce. Le reste du liquide, qui contient le sel restant, passe dans une autre cellule avec une pression encore plus faible, et ainsi de suite. Des éléments de récupération de chaleur sont utilisés pour préchauffer et vaporiser l'eau salée restante, sans utiliser d'énergie provenant de l'extérieur du système. A chaque étape, la vapeur produite est refroidie et l'eau douce résultante est récupérée. L'eau douce est évacuée à l'aide de dispositifs échangeurs de chaleur positionnés de manière à refroidir le système. En réutilisant la chaleur qui serait autrement perdue, E-METS a une empreinte carbone beaucoup plus faible qu'un système thermique conventionnel. "Ces principes d'évaporation et de flux de refroidissement sont couramment utilisés dans l'industrie de l'énergie nucléaire, " explique Ong. " Nous sommes les premiers à appliquer le concept dans le domaine de la séparation de l'eau. "

Traiter une eau très salée

Les améliorations récentes de ce prototype hybride ont également permis de gagner du temps, car le débit est maintenant jusqu'à deux fois plus élevé que celui des systèmes d'osmose inverse. En outre, le nouveau système a l'avantage de pouvoir gérer des concentrations en sel très élevées, supérieures à 200 g/l, soit deux fois plus que les technologies classiques de séparation thermique et plus de quatre fois plus que l'osmose inverse. De telles concentrations élevées de sel peuvent être trouvées, par exemple, dans les solutions de déchets produites par les installations d'osmose inverse.

Le marché du dessalement devrait représenter 27,4 milliards de dollars en 2025, avec un marché de l'eau et du traitement de l'eau d'une valeur globale de 675 milliards de dollars. La start-up, Aqualife Global, est actuellement incorporé pour commercialiser la technologie E-METS. L'agencement modulaire du système permet de l'adapter à la quantité d'eau à traiter. Cette année, les co-fondateurs entendent développer une version qui rentre dans un conteneur maritime, le rendant facile à transporter et permettant de l'installer là où il est le plus nécessaire. En plus d'être utilisé pour dessaler l'eau de mer, le système peut être connecté à des installations d'osmose inverse, en les aidant à produire des volumes plus importants d'eau potable dessalée. Les co-fondateurs voient également de nombreuses autres applications potentielles, comme le traitement des eaux usées de l'industrie minière - et plus particulièrement pour l'extraction du lithium - et l'élimination du soufre des eaux usées produites par les sociétés de production d'électricité. Le système pourrait également être utilisé pour traiter les eaux usées produites par les industries agroalimentaires et pétrolières et gazières.