Un nouveau dispositif de distillation peut mieux recycler les contaminants produits par une usine de dessalement pour réduire considérablement les déchets.

Lorsque l'eau de mer est purifiée à l'aide de membranes d'osmose inverse, une saumure liquide contenant des sels et d'autres impuretés est souvent rejetée directement dans l'environnement. Des réglementations strictes poussent désormais les usines de dessalement à adopter des principes de zéro rejet liquide pour traiter ces eaux usées. Technologies actuelles, cependant, compter sur des traitements électriques ou thermiques coûteux pour concentrer la saumure.

Une approche plus durable est actuellement étudiée par Peng Wang et ses collègues du Water Desalination and Reuse Centerat KAUST. L'équipe développe des dispositifs de distillation photothermique solaire qui peuvent convertir la lumière du soleil en chaleur. Lorsqu'il est placé sur un échantillon typique de saumure liquide, ces appareils photothermiques peuvent évaporer l'eau avec une efficacité énergétique de 90 %.

Un problème avec l'utilisation de dispositifs de distillation solaire pour isoler l'eau propre de la saumure est que lorsque le liquide s'évapore, il y a une forte augmentation des concentrations de sel dans l'effluent. Cela peut provoquer la formation d'une croûte épaisse sur le matériau photothermique, bloquant l'absorption de la lumière du soleil et réduisant considérablement le taux de distillation.

Wang et ses collègues ont observé comment le sel se précipitait à plat, membranes en forme de disque pour mieux comprendre la formation de la croûte. Des expériences de distillation solaire ont montré que la structure multicouche silice-carbone-silice de leurs membranes évaporait efficacement l'eau pure, mais pas de saumure. Après quelques heures, des cristaux de sel sont apparus sur les bords du disque, s'étendant finalement pour couvrir la majeure partie de la membrane, à l'exception du centre même.

"Quand nous avons analysé ces images, nous nous sommes concentrés sur les zones centrales qui sont toujours découvertes même avec des concentrations de sel différentes, " dit Wang. " Ils nous ont aidés à réaliser que la conception structurelle peut être la clé d'une meilleure performance, plutôt que la synthèse matérielle."

A l'aide d'un modèle simple, les chercheurs en ont déduit que le diamètre intérieur de l'anneau de croûte pouvait être prédit à partir de la concentration en sel de la saumure. Ils ont émis l'hypothèse qu'en pliant la membrane plate dans une nouvelle forme - une tasse en 3D avec une base circulaire de la taille exacte de la zone sans sel - ils pourraient induire la précipitation des sels sur le côté de la tasse au-dessus de l'interface liquide.

Les tests avec la cupule 3D ont donné des résultats remarquables :avec des rapports hauteur/base optimisés, l'appareil récupère près de 100 pour cent de la saumure sous forme de sel solide et peut fonctionner pendant des jours sans entretien.

"Les informations de ce travail sont très précieuses alors que nous avançons et évaluons les performances de l'évaporateur solaire 3D avec de vraies saumures de dessalement, " dit Wang.