Pour un grand nombre de matériaux indispensables à des chaînes d’approvisionnement cruciales pour la transition de l’Amérique vers la décarbonation, les ressources sont limitées. L’exploitation minière traditionnelle est semée d’embûches. L’avancement de l’énergie propre dépend de la découverte de nouvelles méthodes pour accéder de manière fiable à ces matériaux précieux ou terres rares.
La sécurité nationale et la compétitivité économique passeront par l’inventivité des chercheurs américains pour trouver de nouvelles façons d’obtenir les matériaux dont nous avons besoin pour de nombreuses technologies. Ces matériaux incluent les batteries, les aimants dans les moteurs électriques, les catalyseurs, les réacteurs nucléaires et d’autres technologies essentielles à l’énergie sans carbone.
L’eau est un moyen peu exploré d’acquisition de ces matériaux. Des scientifiques du Laboratoire National d’Argonne du Département de l’Énergie des États-Unis ont récemment publié une revue détaillée des divers mécanismes par lesquels ces matériaux précieux peuvent être extraits de différentes sources d’eau.
Les océans, les eaux usées et les eaux souterraines
Différents types d’eau offrent des ressources matérielles différentes, a déclaré Seth Darling, directeur scientifique et technologique du directorat des Technologies Avancées pour l’Énergie d’Argonne.
« Les océans sont une ressource immense car la quantité totale de nombreux matériaux précieux et importants est vaste, mais ils sont également très dilués« , a-t-il dit. « Les eaux usées ont également besoin d’être reconsidérées — nous voulons que les gens comprennent que les eaux usées ne sont pas vraiment des déchets, mais sont plutôt riches en toutes sortes de terres rares.«
Des méthodes d’extraction traditionnelles et innovantes
Seth Darling et ses collègues explorent les technologies pour extraire les matériaux critiques de différents types d’eau, allant de méthodes traditionnelles (comme les membranes) à des techniques innovantes (comme les générateurs de vapeur solaire interfaciaux).
Omar Kazi, doctorant en ingénierie moléculaire à l’Université de Chicago travaillant avec Darling, étudie des méthodes pour concentrer les flux d’eaux usées afin de récupérer des matériaux précieux. « Se débarrasser de l’eau par évaporation est un processus énergivore et lent« , dit Kazi.
Dans les saumures géothermales, il peut falloir des années pour que l’eau s’évapore afin de pouvoir récupérer le lithium qu’elle contient, ce qui crée un énorme goulet d’étranglement. La question que nous nous posons est ‘comment pouvons-nous faire évaporer l’eau plus rapidement?' »
Vers une économie circulaire de matériaux
Seth Darling a noté que le laboratoire de l’Argonne dispose d’une grande expertise dans l’analyse de la chaîne d’approvisionnement, du cycle de vie et de l’économie technologique. Le laboratoire se spécialise par ailleurs dans les matériaux, la chimie et l’ingénierie des processus pertinents pour l’extraction de terres rares.
Cela place le laboratoire dans une position unique pour aider à réaliser une économie de matériaux plus sécurisée et circulaire, en particulier pour valoriser davantage les ressources aquatiques.
FAQ
Quels sont les matériaux critiques pour la transition énergétique?
Quelles sont les sources d’eau pour l’extraction de ces matériaux?
Comment ces matériaux peuvent-ils être extraits de l’eau?
Quels défis l’extraction de ces matériaux de l’eau pose-t-elle?
Un article basé sur l’étude, intitulé « Material design strategies for recovery of critical resources from water« , a été publié en ligne dans Advanced Materials.
Ce travail a été réalisé dans le cadre du centre Advanced Materials for Energy-Water Systems (AMEWS), un centre de recherche sur les frontières de l’énergie financé par le ministère américain de l’énergie, Office of Science, Basic Energy Sciences, au laboratoire national d’Argonne.
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