Une nouvelle façon d'évaluer l'efficacité des technologies de dessalement concurrentes pourrait aider à orienter de nouveaux développements pour fournir de l'eau potable dans les zones urbaines, montre les recherches entreprises à KAUST.

La demande mondiale en eau a atteint environ 4 000 milliards de mètres cubes en 2000 et devrait augmenter de plus de 58 pour cent d'ici 2030. Les sources d'eau douce ne peuvent pas répondre à cette demande, et le dessalement de l'eau de mer devient un moyen de plus en plus important d'approvisionnement en eau potable.

Environ 60 % de la capacité mondiale de dessalement repose sur des systèmes d'osmose inverse, qui utilisent l'énergie électrique pour pousser l'eau à travers une membrane pour éliminer le sel et d'autres impuretés. D'autres procédés de dessalement utilisent la chaleur pour évaporer l'eau pure loin de l'eau salée. La capacité mondiale de dessalement devrait doubler au cours de la prochaine décennie, et des calculs simplistes suggèrent que l'osmose inverse pourrait être un moyen plus économe en énergie de répondre à ce besoin.

Mais Muhammad Wakil Shahzad, Muhammad Burhan et Kim Choon Ng du Centre de dessalement et de réutilisation de l'eau de KAUST, souligner que les méthodes actuelles de comparaison de l'efficacité énergétique des différentes méthodes de dessalement de l'eau de mer ne prennent en compte que la quantité d'énergie secondaire consommée mais ignorent le type ou la qualité de l'énergie (par exemple, vapeur ou électricité) consommés dans le processus.

Ils ont démontré une approche thermodynamique simple qui prend en compte la quantité et la qualité de l'énergie nécessaire au fonctionnement d'une usine de dessalement. Cette approche produit une plate-forme commune de comparaison de l'efficacité énergétique utilisant un ratio de performance universel standard qui offre une comparaison plus juste entre les méthodes de dessalement de l'eau de mer.

Par exemple, les turbines à gaz à cycle combiné (CCGT) sont parmi les centrales électriques les plus efficaces aujourd'hui, brûler du gaz naturel pour faire tourner une turbine qui produit de l'électricité. Mais ils récupèrent également la chaleur d'échappement des turbines à gaz et l'utilisent pour créer de la vapeur à haute pression et haute température, qui peut faire tourner des turbines à vapeur séparées qui contribuent à la production d'électricité de la centrale.

Les usines de dessalement thermique peuvent fonctionner en tandem avec les CCGT, évacuer la vapeur à température relativement basse qui serait autrement gaspillée et l'utiliser pour purifier l'eau par évaporation. Les chercheurs ont calculé que l'exploitation de la chaleur perdue d'une CCGT de cette manière garantit que l'option la plus efficace de dessalement thermique se produit par étapes successives. Cette utilisation de la chaleur perdue est appelée distillation multi-effets.

Cependant, même cette option n'atteint toujours que 13 % de l'efficacité théorique maximale. "Toutes les méthodes pratiques de dessalement ont des efficacités énergétiques bien inférieures à la limite thermodynamique, " dit Shahzad. Afin d'atteindre les objectifs de développement durable, l'efficacité du dessalement devrait doubler dans la décennie à venir, les chercheurs disent "Il doit y avoir un changement dans le paradigme technologique de ce qui est disponible aujourd'hui, " il continue.

Ng suggère que les membranes basées sur de fines feuilles de carbone appelées graphène, ou des systèmes hybrides qui combinent plusieurs procédés thermiques, pourrait aider à réaliser un changement de paradigme. Les méthodes thermiques nécessitent un hybride de plusieurs processus thermiques; par exemple, une combinaison de distillation multi-effets hybridée avec un cycle d'adsorption qui augmente l'utilisation d'apport de chaleur à faible teneur. Ils pensent que jusqu'à 30 pour cent de la limite thermodynamique est un objectif réalisable pour le dessalement durable de l'eau de mer dans un avenir proche.