Des chercheurs ont mis au point un dispositif flottant, alimenté par l’énergie solaire, capable de transformer de l’eau contaminée ou de l’eau de mer en carburant à base d’hydrogène propre et en eau purifiée. Ce dispositif, qui pourrait être utile dans des environnements à ressources limitées ou hors réseau, fonctionne avec n’importe quelle source d’eau ouverte et ne nécessite aucune alimentation extérieure.
Il tire son inspiration de la photosynthèse, le processus par lequel les plantes convertissent la lumière du soleil en nourriture. Cependant, contrairement aux versions précédentes de la « feuille artificielle », qui pouvaient produire du carburant à base d’hydrogène vert à partir de sources d’eau propres, ce nouveau dispositif fonctionne à partir de sources d’eau polluées ou d’eau de mer et peut produire de l’eau potable propre en même temps.
Des tests prometteurs
Des tests du dispositif ont montré qu’il était capable de produire de l’eau propre à partir d’eau fortement polluée, d’eau de mer, et même de la rivière Cam dans le centre de Cambridge.
« Réunir la production de carburants solaires et la purification de l’eau dans un seul dispositif est délicat », a commenté le Dr Chanon Pornrungroj du département de chimie Yusuf Hamied de Cambridge, co-auteur principal de l’article. « La dissociation de l’eau par l’énergie solaire, où les molécules d’eau sont décomposées en hydrogène et en oxygène, doit commencer avec de l’eau totalement pure car tout contaminant peut empoisonner le catalyseur ou provoquer des réactions chimiques indésirables. »
Une solution pour les régions éloignées
« Dans les régions éloignées ou en développement, où l’eau propre est relativement rare et l’infrastructure nécessaire pour la purification de l’eau n’est pas facilement disponible, la dissociation de l’eau est extrêmement difficile », a précisé le co-auteur principal Ariffin Mohamad Annuar. « Un dispositif qui pourrait fonctionner en utilisant de l’eau contaminée pourrait résoudre deux problèmes à la fois : il pourrait dissocier l’eau pour produire un carburant propre, et il pourrait produire de l’eau potable propre. »
En synthèse
Un dispositif capable de produire à la fois du carburant propre et de l’eau propre en utilisant uniquement l’énergie solaire pourrait aider à résoudre les crises de l’énergie et de l’eau auxquelles sont confrontées de nombreuses régions du monde. Par exemple, la pollution de l’air intérieur causée par la cuisson avec des combustibles «sales», comme le kérosène, est responsable de plus de trois millions de décès chaque année, selon l’Organisation mondiale de la santé.
Cuisiner avec de l’hydrogène vert pourrait aider à réduire considérablement ce nombre. Et 1,8 milliard de personnes dans le monde n’ont toujours pas accès à une eau potable sûre à domicile.
« C’est un design si simple aussi : en quelques étapes, nous pouvons construire un dispositif qui fonctionne bien sur l’eau provenant d’une grande variété de sources », a déclaré Mohamad Annuar. « Il est si tolérant aux polluants, et le design flottant permet au substrat de fonctionner dans une eau très trouble ou boueuse », a ajouté Chanon Pornrungroj. « C’est un système très polyvalent. »
« Notre dispositif est encore une preuve de principe, mais ce sont le genre de solutions dont nous aurons besoin si nous voulons développer une véritable économie circulaire et un avenir durable », a conclu Professeur Erwin Reisner, qui a dirigé la recherche. « La crise climatique et les problèmes de pollution et de santé sont étroitement liés, et développer une approche qui pourrait aider à résoudre les deux serait un véritable changement de jeu pour beaucoup de gens. »
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que ce nouveau dispositif solaire flottant ?
C’est un appareil qui utilise l’énergie solaire pour transformer de l’eau contaminée ou de l’eau de mer en carburant à base d’hydrogène propre et en eau purifiée. Il peut fonctionner avec n’importe quelle source d’eau ouverte et ne nécessite aucune alimentation extérieure.
2. Comment fonctionne ce dispositif ?
Il s’inspire de la photosynthèse, le processus par lequel les plantes convertissent la lumière du soleil en nourriture. Contrairement aux versions précédentes de la «feuille artificielle», ce nouveau dispositif fonctionne à partir de sources d’eau polluées ou d’eau de mer et peut produire de l’eau potable propre en même temps.
3. Quels sont les résultats des tests de ce dispositif ?
Les tests ont montré qu’il était capable de produire de l’eau propre à partir d’eau fortement polluée, d’eau de mer, et même de la rivière Cam dans le centre de Cambridge.
4. Quels sont les avantages de ce dispositif pour les régions éloignées ?
Dans ces régions, où l’eau propre est relativement rare et l’infrastructure nécessaire pour la purification de l’eau n’est pas facilement disponible, ce dispositif pourrait résoudre deux problèmes à la fois : il pourrait dissocier l’eau pour produire un carburant propre, et il pourrait produire de l’eau potable propre.
5. Quel est l’impact potentiel de ce dispositif sur la crise de l’énergie et de l’eau ?
Un dispositif capable de produire à la fois du carburant propre et de l’eau propre en utilisant uniquement l’énergie solaire pourrait aider à résoudre les crises de l’énergie et de l’eau auxquelles sont confrontées de nombreuses régions du monde.
Par exemple, la pollution de l’air intérieur causée par la cuisson avec des combustibles «sales», tels que le kérosène, est responsable de plus de trois millions de décès chaque année. Cuisiner avec de l’hydrogène vert pourrait aider à réduire considérablement ce nombre. Et 1,8 milliard de personnes dans le monde n’ont toujours pas accès à une eau potable sûre à domicile.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| Le dispositif solaire flottant peut transformer de l’eau contaminée ou de l’eau de mer en carburant à base d’hydrogène propre et en eau purifiée. |
| Il fonctionne avec n’importe quelle source d’eau ouverte et ne nécessite aucune alimentation extérieure. |
| Le dispositif s’inspire de la photosynthèse, le processus par lequel les plantes convertissent la lumière du soleil en nourriture. |
| Contrairement aux versions précédentes de la « feuille artificielle », ce nouveau dispositif fonctionne à partir de sources d’eau polluées ou d’eau de mer. |
| Il a été testé avec succès sur de l’eau fortement polluée, de l’eau de mer, et même de la rivière Cam dans le centre de Cambridge. |
| Ce dispositif pourrait être particulièrement utile dans les régions éloignées ou en développement, où l’eau propre est rare. |
| Il pourrait aider à résoudre deux problèmes à la fois : la production de carburant propre et la production d’eau potable. |
| La cuisson avec de l’hydrogène vert pourrait aider à réduire le nombre de décès dus à la pollution de l’air intérieur causée par la cuisson avec des combustibles « sales ». |
| 1,8 milliard de personnes dans le monde n’ont toujours pas accès à une eau potable sûre à domicile. |
| Ce dispositif est encore une preuve de principe, mais il représente le genre de solutions dont nous aurons besoin pour développer une véritable économie circulaire et un avenir durable. |
Références
Les résultats sont rapportés dans la revue Nature Water. La recherche a été soutenue en partie par le programme Horizon 2020 de la Commission européenne, le Conseil européen de la recherche, la Cambridge Trust, le programme de bourses d’études Petronas, et le programme Winton pour la physique de la durabilité. Erwin Reisner est membre de St John’s College. Chanon Pornrungroj est membre de Darwin College, et Ariffin Mohamad Annuar est membre de Clare College.
Chanon Pornrungroj, Ariffin Bin Mohamad Annuar et al. ‘Hybrid photothermal-photocatalyst sheets for solar-driven overall water splitting coupled to water purification.’ Nature Water (2023). DOI: 10.1038/s44221-023-00139-9
