La majeure partie de l’eau présente sur Terre se trouve dans les océans et est trop salée pour être potable. Les usines de dessalement peuvent rendre l’eau de mer potable, mais elles nécessitent de grandes quantités d’énergie. Des chercheurs ont publié les résultats de leurs travaux sur un matériau spongieux doté de longues poches d’air microscopiques qui utilise la lumière du soleil et un simple revêtement en plastique pour transformer l’eau salée en eau douce. Un test de validation de principe réalisé en extérieur a permis de produire de l’eau potable à la lumière naturelle du soleil, ce qui constitue une avancée vers un dessalement durable et à faible consommation d’énergie.
Ce n’est pas la première fois que des scientifiques créent des matériaux spongieux qui utilisent la lumière du soleil comme source d’énergie durable pour nettoyer ou dessaler l’eau. Par exemple, un hydrogel inspiré du luffa, contenant des polymères dans ses pores, a été testé sur de l’eau contaminée au chrome et, lorsqu’il a été chauffé par le soleil, l’hydrogel a rapidement libéré une vapeur d’eau propre et récupérable par évaporation. Mais alors que les hydrogels sont mous et remplis de liquide, les aérogels sont plus rigides et contiennent des pores solides qui peuvent transporter de l’eau liquide ou de la vapeur d’eau. Les aérogels ont été testés comme moyen de dessalement, mais ils sont limités par leur performance d’évaporation, qui diminue à mesure que la taille du matériau augmente.
Xi Shen et ses collègues ont donc voulu concevoir un aérogel poreux pour le dessalement qui conserve son efficacité à différentes tailles.
Les chercheurs ont fabriqué une pâte contenant des nanotubes de carbone et des nanofibres de cellulose, puis l’ont imprimée en 3D sur une surface gelée, en laissant chaque couche se solidifier avant d’ajouter la suivante. Ce processus a permis de former un matériau spongieux avec de minuscules trous verticaux répartis uniformément, chacun d’environ 20 micromètres de large. Ils ont testé des morceaux carrés de ce matériau, dont la taille variait de 1 centimètre à environ 8 centimètres de large, et ont constaté que les plus grands morceaux libéraient de l’eau par évaporation à des taux aussi efficaces que les plus petits.
Lors d’un test en extérieur, les chercheurs ont placé le matériau dans un récipient contenant de l’eau de mer, recouvert d’un couvercle en plastique transparent incurvé. La lumière du soleil a chauffé la partie supérieure du matériau spongieux, évaporant uniquement l’eau, et non le sel, en vapeur d’eau. La vapeur s’est condensée sur le couvercle en plastique sous forme de liquide, déplaçant l’eau désormais propre vers les bords, où elle s’est écoulée dans un entonnoir et un récipient placés sous le gobelet. Après 6 heures d’exposition à la lumière naturelle du soleil, le système a généré environ 3 cuillères à soupe d’eau potable.
« Notre aérogel permet un dessalement à pleine capacité, quelle que soit la taille », précise Shen, « ce qui offre une solution simple et évolutive pour un dessalement sans énergie afin de produire de l’eau propre ».
Les auteurs remercient la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le Conseil des subventions de recherche de la RAS de Hong Kong, le Fonds pour l’environnement et la conservation de la RAS de Hong Kong et l’Université polytechnique de Hong Kong pour leur financement.
Article : « Size-Insensitive Vapor Diffusion Enabled by Additive Freeze-Printed Aerogels for Scalable Desalination » – DOI : 10.1021/acsenergylett.5c01233
