Les centrales nucléaires et au charbon sont parmi les machines les plus assoiffées de la planète. Les turbines qui tournent à l'intérieur pour produire de l'électricité nécessitent des tonnes et des tonnes de vapeur, et toute cette eau doit venir de quelque part.

Des études récentes ont estimé qu'environ les deux cinquièmes des prélèvements d'eau douce du pays et trois pour cent de la consommation globale d'eau douce servent à alimenter les générateurs de vapeur des grandes centrales électriques aux États-Unis. Afin de réduire les énormes quantités d'eau nécessaires au fonctionnement de ces usines, les scientifiques ont commencé à rechercher de nouvelles technologies qui pourraient améliorer leur efficacité et réduire la demande en eau.

Dans le cadre d'un consortium plus large impliquant des partenaires de plusieurs sociétés énergétiques, les universités, et les agences gouvernementales, des chercheurs du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie développent une classe spéciale de nanoparticules qui fondent partiellement lorsque la vapeur s'évapore des tours de refroidissement d'une usine, absorbant un pourcentage important de la chaleur diffusée dans le système.

Pour fonctionner, les centrales électriques utilisent un cycle qui utilise de la vapeur à haute température partiellement condensée pour faire tourner une grande turbine. Au cours de la génération, une quantité importante de cette vapeur est perdue en raison de l'évaporation. « À chaque cycle, il y a une quantité importante d'eau que nous ne pouvons pas récupérer, " a déclaré le scientifique des matériaux d'Argonne, Dileep Singh, qui travaille au développement des nanoparticules spécialisées.

Les nanoparticules sont basées sur ce qu'on appelle une configuration « cœur-coquille », dans lequel une couche extérieure solide protège une couche intérieure qui peut fondre au-dessus d'une certaine température. Une fois dispersé dans l'approvisionnement en eau de la plante, les nanoparticules sont capables d'absorber de la chaleur pendant le cycle thermique. Après avoir partiellement fondu, les particules se déplacent vers la tour de refroidissement où elles se resolidifient. Le système est fermé et conçu pour éviter les fuites d'eau ou de vapeur de l'usine dans l'environnement.

Au niveau moléculaire, Singh et ses collègues sont particulièrement concernés par la surface des nanoparticules, car la chimie à la frontière entre le métal et l'eau détermine la quantité de chaleur que les particules peuvent absorber. « Nous expérimentons en regardant la liaison entre les particules et les molécules d'eau, " a-t-il dit.

"Ce que nous voulons vraiment savoir, c'est la quantité de chaleur que nous pouvons capter avec une quantité constante d'eau pour refroidir le système, », a-t-il ajouté. « Une croissance énergétique respectueuse de l'environnement implique de se soucier de la façon dont vous gérez vos ressources en eau. »

Les grandes quantités d'eau nécessaires au fonctionnement de ces installations nécessiteront la production de masse des nanoparticules une fois qu'elles seront développées commercialement, un fait qui pourrait potentiellement compliquer le processus de recherche et développement, a déclaré Thomas Ewing, directeur adjoint de la division Argonne. « Alors que nous commençons les tests en laboratoire, nous devons garder à l'esprit les coûts et les problèmes associés à la réalisation de ce travail dans une véritable centrale électrique sous tension, " a-t-il dit. « Il y a beaucoup de compromis à prendre en compte. »

Selon Ewing, Argonne travaille avec l'Electric Power Research Institute et d'autres partenaires pour faire passer rapidement cette technologie de base dans le pipeline de développement. Les plans initiaux prévoient que la démonstration de la preuve de concept commence cette année et que le déploiement commercial à grande échelle commence dans quatre ans. « Il est pratiquement inouï pour l'industrie de chercher à déployer une nouvelle technologie si rapidement, », a déclaré Ewing. « Cependant, La consommation d'eau est un enjeu majeur qui limite l'expansion de la puissance. Si nous voulons résoudre la crise énergétique, nous devrons agir avec audace.