Un système frigorifique pour produire de l’eau douce dans les zones arides

En raison du changement climatique, la pénurie d'eau touche plus de 40 % de la population mondiale. Garantir l'accès universel à l'eau potable d'ici à 2030 est l'un des Objectifs de Développement Durable définis par les Nations unies (c'est-à-dire l'ODD 6). ^[1] 

Bien que le dessalement soit la solution la plus aboutie et la plus commercialement disponible pour produire de l'eau douce, cette technologie dépend de la proximité de sources d'eau, ce qui limite son développement dans les régions intérieures éloignées. Dans les zones arides, la récupération de l'eau atmosphérique par sorption, où l'eau est extraite de l'atmosphère, représente une solution prometteuse pour l'approvisionnement en eau propre. 

 

Une équipe de chercheurs de l'université Jiao Tong de Shanghai, en Chine, a conçu et testé un récupérateur d'eau assisté par refroidissement par adsorption. ^[2]

Ce collecteur d'eau utilise des réseaux métallo-organiques (MOF en anglais), une catégorie de matériaux poreux qui absorbent passivement l’humidité de l’air. L'équipe a introduit un système de refroidissement actif au stade de l'adsorption pour plus d'efficacité. Si le taux d'humidité est supérieur à la plage de fonctionnement pendant la journée, le système de refroidissement actif aide le sorbant à capter l'humidité de manière efficace. 

Les chercheurs ont fabriqué des adsorbeurs MOF sur des échangeurs de chaleur compacts et construit une architecture pour la production continue d'eau douce. Pour l'application pratique, ils ont intégré une pompe à chaleur au système de captage d’eau pour fournir l'énergie de refroidissement et de chauffage. 

 

 

 

L'équipe a fait la démonstration de ce collecteur d'eau à Shanghai, en Chine (30°40′ N, 120°52′ E), où les températures ambiantes étaient de 22 à 25 °C la nuit et atteignaient 36 °C pendant la journée. Dans des conditions météorologiques caractérisées par un taux d'humidité relative extrêmement bas, de 26 % pendant la journée, les essais sur le terrain ont permis d'obtenir 990,4 ml d'eau propre en continu tout au long de la journée. Cela représente une productivité de 9,9 L_H2O kg_MOF^-1 d^-1 avec une consommation d'énergie de 2,96 kW h L_H2O^-1, ce qui est supérieur au modèle de collecteur d'eau à MOF le plus performant. 

 

L'étape de refroidissement par adsorption  apporte des avantages supplémentaires tels qu'une sorption rapide, une capacité accrue et une température de désorption réduite. 

 

L'équipe de chercheurs estime que les études à venir devraient se concentrer sur l'identification du système frigorifique approprié afin d'améliorer la productivité. Par exemple, pour des applications résidentielles, le refroidissement pourrait être assuré par un système de conditionnement d’air, ce qui réduirait l'empreinte carbone du bâtiment. Les technologies de refroidissement à l'état solide (par exemple, le refroidissement thermoélectrique et calorique) peuvent offrir une approche réalisable pour concevoir des dispositifs portables de collecte d'eau atmosphérique. 

 

 

Pour plus d'informations, téléchargez l'article en libre accès publié dans la revue Energy & Environmental Science.  

 

 

Sources 

[1] Goal 6: Clean water and sanitation. https://jointsdgfund.org/sustainable-development-goals/goal-6-clean-water-and-sanitation  

[2] Feng, Y., Ge, L., Zhao, Y., Li, Q., Wang, R., & Ge, T. (2024). Active MOF water harvester with extraordinary productivity enabled by cooling-enhanced sorption. Energy & Environmental Science. https://doi.org/10.1039/D3EE03134A  

 

Image credits: A titre d'illustration, système MOF alimenté par l'énergie solaire dans une zone désertique © Nikita Hanikel/UC Berkeley