Une technologie solaire pionnière transforme l’air en eau

Une percée dans la collecte de l'eau à l'énergie solaire utilise une conception innovante de gel et de système pour extraire efficacement l'eau de l'atmosphère. Cette technologie pourrait révolutionner l’accès à l’eau dans les régions arides et ensoleillées, répondant aux besoins critiques en eau potable et à d’autres usages. (Concept de l'artiste.) Crédit : SciTechDaily.com

Le récupérateur d'eau atmosphérique fournit de l'eau aux communautés arides à l'aide de gel hygroscopique et de sels.

Plus de 2,2 milliards de personnes vivent actuellement dans des pays souffrant de stress hydrique, et les Nations Unies estiment que 3,5 millions de personnes meurent chaque année de maladies liées à l'eau. Étant donné que les régions qui ont le plus besoin d’eau potable améliorée se trouvent également dans certains des endroits les plus ensoleillés du monde, il existe un fort intérêt pour l’exploitation de la lumière du soleil pour aider à obtenir de l’eau propre.

Des chercheurs de l’Université Jiao Tong de Shanghai, en Chine, ont développé une nouvelle technologie prometteuse de collecte de l’eau atmosphérique alimentée par l’énergie solaire, qui pourrait aider à fournir suffisamment d’eau potable pour permettre aux populations de survivre dans ces zones arides et difficiles. Ils ont publié leurs travaux dans Examens de physique appliquéeune revue d'AIP Publishing.

« Cette technologie de récupération de l'eau atmosphérique peut être utilisée pour augmenter les besoins quotidiens en eau, tels que l'eau potable des ménages, l'eau industrielle et l'eau pour l'hygiène personnelle », a déclaré l'auteur Ruzhu Wang.

Surmonter les défis traditionnels

Historiquement, les chercheurs ont été confrontés à des défis lors de l’injection de sel dans des hydrogels, car la teneur plus élevée en sel réduisait la capacité de gonflement de l’hydrogel en raison de l’effet de relargage. Cela a entraîné des fuites de sel et une diminution de la capacité d’absorption de l’eau.

« Nous avons été impressionnés par le fait que même lorsque jusqu'à 5 grammes de sel étaient injectés dans 1 gramme de polymère, le gel obtenu conservait de bonnes propriétés de gonflement et de piégeage du sel », a déclaré Wang.

Diagramme schématique du cycle diurne de collecte de l’eau atmosphérique. Crédit : Wang Ruzhu

Conception innovante de gel hygroscopique et de système

Les chercheurs ont synthétisé un gel super hygroscopique à l’aide de dérivés végétaux et de sels hygroscopiques, capable d’absorber et de retenir une quantité d’eau sans précédent. Un kilogramme de gel sec pourrait adsorber 1,18 kilogrammes d’eau dans des environnements atmosphériques arides et jusqu’à 6,4 kilogrammes dans des environnements atmosphériques humides. Ce gel hygroscopique était simple et peu coûteux à préparer et conviendrait donc à une préparation à grande échelle.

De plus, l’équipe a adopté un prototype avec des chambres de désorption et de condensation, configurées en parallèle. Ils ont utilisé un turbofan dans la chambre de condensation pour augmenter la récupération de l'eau désorbée à plus de 90 %.

Lors d'une démonstration de prototype en extérieur, l'équipe a découvert qu'il libérait de l'eau adsorbée même le matin ou l'après-midi lorsque le soleil était faible. Le système pourrait également réaliser une adsorption et une désorption simultanées pendant la journée.

Applications et optimisations futures

L'équipe travaillera pour réaliser une adsorption et une désorption simultanées en utilisant des énergies renouvelables afin de maximiser le rendement quotidien en eau par unité de masse d'adsorbant afin d'optimiser davantage les performances du système pour des applications pratiques dans la production d'eau.

En plus de la production quotidienne d'eau, les matériaux absorbants qui récupèrent l'eau de l'atmosphère pourraient également jouer un rôle important dans des applications futures telles que la déshumidification, l'irrigation agricole et la gestion thermique des appareils électroniques.

Référence : « Récolte air-eau de jour basée sur des gels poreux super hygroscopiques avec adsorption-désorption simultanée » par Chengjie Xiang, Xinge Yang, Fangfang Deng, Zhihui Chen et Ruzhu Wang, 5 décembre 2023, Examens de physique appliquée.
DOI : 10.1063/5.0160682