fr.wedoany.com Rapport : Une équipe conjointe de l'Institut de génie des procédés de l'Académie des sciences de Chine et de l'Université de Shenzhen a proposé un mécanisme polymère de « verrouillage », tissant des nanoparticules en un matériau d'évaporation photothermique tridimensionnel, augmentant considérablement le taux d'évaporation de l'eau de mer par énergie solaire. Grâce à un dispositif d'essai extérieur, une exploration préliminaire allant du dessalement de l'eau de mer à l'irrigation agricole a été réalisée. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue académique internationale Advanced Materials.
La pénurie d'eau est devenue un problème mondial, environ un quart de la population mondiale étant confrontée à une insuffisance d'eau douce. L'évaporation interfaciale solaire est considérée comme une voie écologique d'approvisionnement en eau, mais le goulot d'étranglement central réside dans le fait que, lorsque les poudres photothermiques nanométriques hautes performances sont transformées en dispositifs macroscopiques, les particules ont tendance à s'agglomérer, la résistance structurelle tridimensionnelle est faible, et la lumière dégrade progressivement le squelette organique, entraînant le vieillissement et la défaillance du matériau. Comment permettre aux nanoparticules de s'agréger de manière stable et de maintenir des performances durables est une question clé à résoudre de toute urgence.
L'équipe conjointe s'est inspirée du « verrouillage ». Ils ont d'abord préparé des coques nanosphériques à structure creuse multicouche, les utilisant comme points de connexion. En se basant sur le principe de compatibilité entre le polymère et le solvant, les chaînes moléculaires de polyester traversent avec précision les pores fins des coques sphériques comme du fil à coudre, cousant fermement les particules ensemble pour former un réseau tridimensionnel solide semblable à une « forêt nanométrique ». Cette structure empêche à la fois l'agglomération des particules et construit des canaux efficaces de transport d'eau.
Les données expérimentales montrent que, grâce à la diffusion et à l'absorption multiples, le taux d'absorption de la lumière solaire de cette structure atteint 90,2 % ; l'espace confiné nanométrique modifie le réseau de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau, réduisant de 45,7 % l'énergie nécessaire pour évaporer la même quantité d'eau. Un seul élément d'évaporation a atteint un taux d'évaporation de 38,14 kilogrammes par mètre carré par heure lors des tests, soit 8,5 fois celui du film bidimensionnel précédemment développé par l'équipe. Lors d'un test accéléré de vieillissement en eau de mer pendant 30 jours consécutifs, aucune nanoparticule ne s'est détachée, et le matériau n'a pas produit de radicaux libres actifs sous l'effet de la lumière, résolvant ainsi le problème de dégradation du substrat organique.
Pour faire passer le nouveau matériau du laboratoire à l'application, l'équipe a utilisé un autoclave de 20 litres et un four tunnel à plusieurs zones de température sur la base d'essais techniques de Langfang de l'Institut de génie des procédés de l'Académie des sciences de Chine, réalisant une production quantitative à l'échelle de la centaine de grammes. En optimisant la disposition par simulation de dynamique des fluides numérique, l'équipe a développé un système modulaire couplé photovoltaïque-photothermique et a construit un dispositif d'essai extérieur de 0,75 mètre carré.
Sous éclairage naturel, ce dispositif produit 20,16 litres d'eau douce par jour, répondant aux besoins de base en eau potable d'environ 10 personnes, la qualité de l'eau atteignant les normes de l'Organisation mondiale de la santé pour l'eau potable. L'eau douce produite a déjà irrigué avec succès 5 mètres carrés de terres agricoles pendant une année entière, et des cultures telles que les épinards, le maïs et les choux chinois ont toutes accompli un cycle de croissance complet, validant la faisabilité de l'irrigation agricole. L'analyse du coût du cycle de vie complet montre qu'après deux ans de fonctionnement, le coût de production de l'eau sera inférieur à celui de l'eau en bouteille vendue dans le commerce.
L'équipe de recherche continue actuellement d'optimiser l'efficacité de condensation et le coût du système, afin de promouvoir le déploiement à grande échelle de cette technologie dans les régions côtières manquant d'eau, les îles et les zones reculées.
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