De l’eau de mer à l’eau potable, d’une simple pression sur un bouton

De l'eau de mer à l'eau potable, d'une simple pression sur un bouton

L’unité conviviale, qui pèse moins de 10 kilogrammes et ne nécessite pas l’utilisation de filtres, peut être alimentée par un petit panneau solaire portable. Crédit : M. Scott Brauer

Des chercheurs du MIT ont développé une unité de dessalement portable, pesant moins de 10 kilogrammes, capable d’éliminer les particules et les sels pour générer de l’eau potable.

L’appareil de la taille d’une valise, qui nécessite moins d’énergie pour fonctionner qu’un chargeur de téléphone portable, peut également être alimenté par un petit panneau solaire portable, qui peut être acheté en ligne pour environ 50 $. Il génère automatiquement de l’eau potable qui dépasse les normes de qualité de l’Organisation mondiale de la santé. La technologie est intégrée dans un appareil convivial qui fonctionne d’une simple pression sur un bouton.

Contrairement à d’autres unités de dessalement portables qui nécessitent que l’eau passe à travers des filtres, cet appareil utilise l’énergie électrique pour éliminer les particules de l’eau potable. L’élimination du besoin de filtres de remplacement réduit considérablement les besoins d’entretien à long terme.

Cela pourrait permettre à l’unité d’être déployée dans des zones éloignées et aux ressources extrêmement limitées, telles que les communautés sur de petites îles ou à bord de cargos maritimes. Il pourrait également être utilisé pour aider les réfugiés fuyant des catastrophes naturelles ou par des soldats menant des opérations militaires de longue durée.

“C’est vraiment l’aboutissement d’un voyage de 10 ans que moi et mon groupe avons parcouru. Nous avons travaillé pendant des années sur la physique derrière les processus de dessalement individuels, mais en mettant toutes ces avancées dans une boîte, en construisant un système et en le démontrant dans l’océan, ce fut une expérience vraiment significative et enrichissante pour moi », déclare l’auteur principal Jongyoon Han, professeur de génie électrique, d’informatique et de génie biologique, et membre du Laboratoire de recherche en électronique (RLE).

Rejoindre Han sur le papier sont le premier auteur Junghyo Yoon, un chercheur scientifique en RLE; Hyukjin J. Kwon, ancien post-doctorant ; SungKu Kang, postdoctorant à la Northeastern University ; et Eric Brack du Commandement du développement des capacités de combat de l’armée américaine (DEVCOM). La recherche a été publiée en ligne dans Sciences et technologie de l’environnement.

De l'eau de mer à l'eau potable, d'une simple pression sur un bouton

Des chercheurs du MIT ont créé une unité de dessalement portable capable d’éliminer automatiquement les particules et les sels simultanément pour générer de l’eau potable. “C’est vraiment l’aboutissement d’un voyage de 10 ans que mon groupe et moi avons parcouru”, déclare l’auteur principal Jongyoon Han, à droite, photographié avec Junghyo Yoon, assis. Crédit : M. Scott Brauer

Technologie sans filtre

Les unités de dessalement portables disponibles dans le commerce nécessitent généralement des pompes à haute pression pour pousser l’eau à travers les filtres, qui sont très difficiles à miniaturiser sans compromettre l’efficacité énergétique de l’appareil, explique Yoon.

Au lieu de cela, leur unité s’appuie sur une technique appelée polarisation de concentration d’ions (ICP), qui a été lancée par le groupe de Han il y a plus de 10 ans. Plutôt que de filtrer l’eau, le processus ICP applique un champ électrique aux membranes placées au-dessus et au-dessous d’un canal d’eau. Les membranes repoussent les particules chargées positivement ou négativement, y compris les molécules de sel, les bactéries et les virus, lorsqu’elles passent devant. Les particules chargées sont acheminées dans un deuxième flux d’eau qui est finalement évacué.






Le processus élimine les solides dissous et en suspension, permettant à l’eau propre de passer à travers le canal. Ne nécessitant qu’une pompe à basse pression, l’ICP consomme moins d’énergie que les autres techniques.

Mais ICP n’élimine pas toujours tous les sels flottant au milieu du canal. Les chercheurs ont donc intégré un deuxième processus, appelé électrodialyse, pour éliminer les ions de sel restants.

Yoon et Kang ont utilisé l’apprentissage automatique pour trouver la combinaison idéale de modules ICP et d’électrodialyse. La configuration optimale comprend un processus ICP en deux étapes, avec de l’eau circulant à travers six modules dans la première étape puis à travers trois dans la deuxième étape, suivi d’un processus d’électrodialyse unique. Cela minimise la consommation d’énergie tout en garantissant que le processus reste autonettoyant.

“S’il est vrai que certaines particules chargées pourraient être capturées sur la membrane échangeuse d’ions, si elles sont piégées, nous inversons simplement la polarité du champ électrique et les particules chargées peuvent être facilement éliminées”, explique Yoon.

Ils ont rétréci et empilé les modules ICP et d’électrodialyse pour améliorer leur efficacité énergétique et leur permettre de tenir dans un appareil portable. Les chercheurs ont conçu l’appareil pour les non-experts, avec un seul bouton pour lancer le processus de dessalement et de purification automatique. Une fois que le niveau de salinité et le nombre de particules diminuent jusqu’à des seuils spécifiques, l’appareil avertit l’utilisateur que l’eau est potable.

Les chercheurs ont également créé une application pour smartphone qui peut contrôler l’unité sans fil et rapporter des données en temps réel sur la consommation d’énergie et la salinité de l’eau.

Essais de plage

Après avoir mené des expériences en laboratoire en utilisant de l’eau avec différents niveaux de salinité et de turbidité (nébulosité), ils ont testé l’appareil sur le terrain à Carson Beach à Boston.

Yoon et Kwon posèrent la boîte près du rivage et jetèrent le tube d’alimentation dans l’eau. En une demi-heure environ, l’appareil avait rempli un gobelet en plastique d’eau claire et potable.

“Cela a été un succès même lors de sa première manche, ce qui était assez excitant et surprenant. Mais je pense que la principale raison pour laquelle nous avons réussi est l’accumulation de toutes ces petites avancées que nous avons faites en cours de route”, déclare Han.

L’eau résultante dépassait les directives de qualité de l’Organisation mondiale de la santé et l’unité a réduit la quantité de solides en suspension d’au moins un facteur de 10. Leur prototype génère de l’eau potable à un débit de 0,3 litre par heure et ne nécessite que 20 watts d’énergie par litre. .

“En ce moment, nous poussons nos recherches pour augmenter ce taux de production”, déclare Yoon.

L’un des plus grands défis de la conception du système portable était de concevoir un appareil intuitif pouvant être utilisé par n’importe qui, explique Han.

Yoon espère rendre l’appareil plus convivial et améliorer son efficacité énergétique et son taux de production grâce à une startup qu’il envisage de lancer pour commercialiser la technologie.

Au laboratoire, Han veut appliquer les leçons qu’il a apprises au cours de la dernière décennie à des problèmes de qualité de l’eau qui vont au-delà du dessalement, comme la détection rapide de contaminants dans l’eau potable.

“C’est vraiment un projet passionnant, et je suis fier des progrès que nous avons réalisés jusqu’à présent, mais il reste encore beaucoup de travail à faire”, dit-il.

Par exemple, alors que “le développement de systèmes portables utilisant des procédés électro-membranaires est une direction originale et passionnante dans le dessalement hors réseau à petite échelle”, les effets de l’encrassement, en particulier si l’eau a une turbidité élevée, pourraient augmenter considérablement les besoins de maintenance et coûts énergétiques, note Nidal Hilal, professeur d’ingénierie et directeur du centre de recherche sur l’eau d’Abu Dhabi de l’Université de New York, qui n’a pas participé à cette recherche.

“Une autre limitation est l’utilisation de matériaux coûteux”, ajoute-t-il. “Il serait intéressant de voir des systèmes similaires avec des matériaux à faible coût en place.”


Pourquoi ne pouvons-nous pas puiser notre eau potable dans l’océan ?


Plus d’information:
Junghyo Yoon et al, Système de dessalement d’eau de mer portable pour générer de l’eau potable dans des endroits éloignés, Sciences et technologie de l’environnement (2022). DOI: 10.1021/acs.est.1c08466

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.

Citation: De l’eau de mer à l’eau potable, d’une simple pression sur un bouton (28 avril 2022) récupéré le 28 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-seawater-button.html

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