Jour zéro :les niveaux des barrages tombent en dessous des limites de sécurité et l'approvisionnement en eau de la ville est coupé. Cela ressemble à un cauchemar apocalyptique, mais pour les habitants de Cape Town en Afrique du Sud, cela devient rapidement une réalité. Pour les pays sujets à la sécheresse comme l'Australie, ce n'est pas non plus imprévisible. De nouvelles avancées dans le dessalement, cependant, proposent des solutions alternatives pour la sécurité de l'eau et pour l'extraction de précieux minéraux rares.

L'eau douce est une nécessité pour la vie. Il est facile de penser que l'eau sera toujours abondante car elle couvre 70 % de notre planète. Encore, l'accès à l'eau potable est un défi pour beaucoup. D'ici 2025, les Nations Unies s'attendent à ce que 1,8 milliard de personnes soient confrontées à une pénurie d'eau. En effet, seulement trois pour cent de l'eau dans le monde est de l'eau douce et une grave sécheresse affecte de nombreux pays.

La crise de l'eau imminente au Cap a été causée par trois années de faibles précipitations, couplée à l'augmentation de la consommation d'une population croissante. Le Cap pourrait devenir la première grande ville de l'histoire moderne à manquer d'eau.

Le dessalement est de plus en plus considéré comme une solution clé à la pénurie d'eau, surtout dans les continents secs comme l'Australie. Le dessalement consiste à éliminer les sels et autres minéraux dissous de l'eau de mer ou de l'eau saumâtre (c'est-à-dire de l'eau qui n'est pas fraîche, mais n'est pas aussi salée que l'eau de mer non plus).

Présentement, l'osmose inverse et les procédés thermiques sont les techniques de dessalement les plus couramment utilisées. Bien qu'ils soient très mûrs et que leurs performances aient évolué au fil des ans, ils n'ont pas encore atteint des objectifs de durabilité insaisissables.

Pourquoi? Les deux sont énergivores, nécessitent des matériaux de construction coûteux, sont chimiquement intensifs, limité par l'encrassement des membranes et la corrosion, et produire des flux de déchets concentrés. L'impact environnemental négatif du rejet de flux de déchets concentrés (saumure) est très préoccupant.

C'est parce que l'élimination des déchets de saumure concentrée sur le sol entraîne une susceptibilité à long terme à la pollution des ressources en eaux de surface et souterraines. L'alternative, Le rejet de la saumure résiduelle (qui est riche en sel et autres produits chimiques) dans la mer nécessite une dilution importante et l'installation de centaines de mètres de canalisations sous-marines offshore pour atténuer les effets néfastes sur les organismes aquatiques.

Dessalement par congélation, cependant, est motivée par le phénomène naturel de l'eau de mer :la glace fabriquée à partir d'eau salée est sans sel. Les avantages inhérents au dessalement par congélation sont qu'il est peu coûteux, relativement simple et sans produits chimiques. Cependant, séparer la glace de la solution saline pour obtenir de l'eau sans sel reste un défi.

Mes recherches sont actuellement axées sur la recherche d'un fluide approprié qui sépare efficacement la glace et l'eau salée en fonction de la gravité du liquide. Cela permettra la production d'eau douce à partir de la glace.

Invariablement, le besoin élevé en énergie de congélation du dessalement par congélation, de -8 degrés Celsius à -15 degrés Celsius est une limitation majeure. Une option viable ici est d'obtenir une « énergie gratuite » à partir d'installations de vaporisation de gaz naturel liquéfié (GNL). Ceci est particulièrement pertinent dans le contexte australien en raison de la croissance substantielle de la production de GNL.

Le gaz naturel est converti en GNL par compression et refroidissement entre -160 degrés Celsius et -200 degrés Celsius. Le dessalement par congélation pourrait être couplé à la source de réfrigérant réfrigérant GNL, étant donné que la majorité des usines de GNL sont situées sur la côte. La liaison des usines profiterait à de nombreux pays qui importent simultanément du GNL et souffrent d'une pénurie d'eau.

Alors que la pénurie d'eau se fait sentir, la volonté de conserver les ressources naturelles s'intensifie également. L'accent mis sur « l'extraction » de ressources précieuses à partir de l'eau de mer et de ses flux de déchets de saumure est particulièrement accentué.

L'eau de mer contient presque tous les éléments chimiques présents dans le tableau périodique, en partant des plus abondants comme le sodium, magnésium, calcium, sulfate et potassium en éléments précieux à faible concentration comme le strontium, lithium, l'uranium et le rubidium.

Selon l'évaluation des ressources minérales de l'Australie en 2013, strontium, magnésium, et le lithium présentent un risque critique relativement élevé. Le strontium a des taux de recyclage inférieurs à 10 % et est utilisé dans les céramiques, industries du verre et de la pyrotechnie, aimants en céramique de ferrite, feux d'artifice, pigments phosphorescents, Lumières fluorescentes, et dans l'industrie pétrolière et gazière comme boue de forage. Les principales utilisations du magnésium comprennent l'aluminium, acier, matériaux chimiques et de construction, et engrais.

Connaître la présence de ces éléments dans l'eau de mer est une chose; les récupérer en est une autre.

Les éléments économiquement utiles dans l'eau de mer sont généralement présents en concentrations relativement faibles. Par exemple, le rubidium de valeur économique coûte jusqu'à 12 $, 505 par kilogramme, mais n'est présent qu'à de faibles concentrations de 0,2 à 0,3 milligramme par litre. La valeur économique élevée du rubidium est attribuée à son application dans les nouveaux domaines technologiques des systèmes de télécommunication à fibre optique, semi-conducteurs, fabrication de lasers monolithiques, absorbeurs de gaz dans des tubes à vide, et pour divers examens médicaux.

C'est pourquoi mes recherches en Australie avec mon superviseur, Directeur de l'École de génie civil et environnemental Saravanamuth Vigneswaran, s'est également consacré à l'extraction du rubidium de la saumure d'eau de mer. J'examine comment nous pourrions utiliser des procédés membranaires intégrés et de nouveaux absorbants échangeurs d'ions sélectifs pour produire simultanément de l'eau douce et extraire le rubidium.

La récupération du précieux rubidium aiderait non seulement l'industrie, il pourrait également potentiellement compenser les coûts d'exploitation du dessalement de l'eau de mer et de sa gestion de la saumure associée. Il sera également, avec un peu de chance, permettre au gouvernement et à l'industrie de voir plus facilement que la durabilité est vraiment l'affaire de tous.