Un gel capable d’absorber 1,18 kg d’eau dans des environnements arides

Face à la crise de l’eau qui touche des milliards de personnes dans le monde, une équipe de chercheurs chinois a mis au point une technologie innovante qui pourrait changer la donne. Exploitant l’énergie solaire pour extraire l’eau de l’atmosphère, cette technologie pourrait fournir une source d’eau potable vitale dans les régions arides.

Plus de 2,2 milliards de personnes vivent actuellement dans des pays souffrant de stress hydrique, et l’ONU estime que 3,5 millions de personnes meurent chaque année de maladies liées à l’eau. Les régions les plus en besoin d’eau potable améliorée se trouvent également dans certains des endroits les plus ensoleillés du monde, d’où un intérêt marqué pour l’exploitation de l’énergie solaire pour obtenir de l’eau propre.

Les chercheurs de l’Université de Shanghai Jiao Tong en Chine ont développé une nouvelle technologie prometteuse d’extraction d’eau atmosphérique alimentée par l’énergie solaire qui pourrait aider à fournir suffisamment d’eau potable pour que les gens puissent survivre dans ces zones difficiles et arides.

« Cette technologie d’extraction d’eau atmosphérique peut être utilisée pour augmenter les besoins quotidiens en eau, tels que l’eau potable domestique, l’eau industrielle et l’eau pour l’hygiène personnelle », a indiqué l’auteur Ruzhu Wang.

Surmonter les défis de l’absorption d’eau

Historiquement, les chercheurs ont rencontré des défis lors de l’injection de sel dans les hydrogels car la teneur plus élevée en sel réduisait la capacité de gonflement de l’hydrogel en raison de l’effet de salaison. Cela a conduit à une fuite de sel et la capacité d’absorption d’eau a diminué.

« 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 résultant conservait de bonnes propriétés de gonflement et de piégeage du sel », a ajouté Ruzhu Wang.

Un gel super hygroscopique

Les chercheurs ont synthétisé un super gel hygroscopique à l’aide de dérivés de plantes et de sels hygroscopiques qui était capable d’absorber et de retenir une quantité d’eau sans précédent.

Un kilogramme de gel sec pouvait absorber 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 serait donc adapté à une préparation à grande échelle.

Un prototype prometteur

En outre, l’équipe a adopté un prototype avec des chambres de désorption et de condensation, configurées en parallèle. Ils ont utilisé un turbofan (turbo ventilateur) 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 constaté qu’il libérait de l’eau adsorbée même le matin ou l’après-midi lorsque le soleil est faible. Le système pourrait également réaliser une adsorption et une désorption simultanées pendant la journée.

L’équipe travaillera à réaliser une adsorption et une désorption simultanées en utilisant de l’énergie renouvelable pour 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 synthèse

En plus de la production quotidienne d’eau, les matériaux sorbants qui récoltent l’eau atmosphérique pourraient également jouer un rôle important dans les applications futures telles que la déshumidification, l’irrigation agricole et la gestion thermique pour les appareils électroniques. Cette technologie solaire pour l’obtention d’eau potable représente une avancée significative dans la lutte contre le stress hydrique, offrant une solution prometteuse pour les régions arides du monde.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la technologie d’extraction d’eau atmosphérique ?

C’est une technologie qui utilise l’énergie solaire pour extraire l’eau de l’atmosphère, offrant une source potentielle d’eau potable dans les régions arides.

Comment fonctionne le gel super hygroscopique ?

Le gel super hygroscopique est capable d’absorber et de retenir une quantité d’eau sans précédent. Un kilogramme de gel sec peut absorber jusqu’à 1,18 kilogrammes d’eau dans des environnements atmosphériques arides et jusqu’à 6,4 kilogrammes dans des environnements atmosphériques humides.

Quels sont les avantages de cette technologie ?

En plus de fournir une source d’eau potable dans les régions arides, cette technologie pourrait également être utilisée pour la déshumidification, l’irrigation agricole et la gestion thermique pour les appareils électroniques.

Quels sont les défis rencontrés lors de l’injection de sel dans les hydrogels ?

La teneur plus élevée en sel réduit la capacité de gonflement de l’hydrogel en raison de l’effet de salaison. Cela conduit à une fuite de sel et la capacité d’absorption d’eau diminue.

Quels sont les prochains pas pour cette technologie ?

L’équipe de recherche travaillera à réaliser une adsorption et une désorption simultanées en utilisant de l’énergie renouvelable pour 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.

Principaux enseignements

Références

L’article « Daytime air-water harvesting based on super hygroscopic porous gels with simultaneous adsorption-desorption » est écrit par Chengjie Xiang, Xinge Yang, Fangfang Deng, Zhihui Chen, et Ruzhu Wang. Il paraîtra dans Applied Physics Reviews le 5 décembre 2023 (DOI : 10.1063/5.0160682).