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Le MIT développe un système à énergie solaire qui extrait l'eau potable de l'air «sec»

Un prototype du nouveau système de récupération d'eau en deux étapes (au centre à droite) a été testé sur un toit du MIT. L'appareil, qui était connecté à un ordinateur portable pour la collecte de données? et «a été» monté à un angle pour faire face au soleil, a une plaque de collecte solaire noire au sommet, et l'eau qu'elle a produite s'est écoulée dans deux tubes au fond. CRÉDIT: Alina LaPotin

Des chercheurs du MIT et d'ailleurs ont considérablement augmenté la production d'un système capable d'extraire l'eau potable directement de l'air, même dans les régions sèches, en utilisant la chaleur du soleil ou d'une autre source.

Le système, qui s'appuie sur une conception initialement développée il y a trois ans au MIT par des membres de la même équipe, rapproche le processus de quelque chose qui pourrait devenir une source d'eau pratique pour les régions éloignées avec un accès limité à l'eau et à l'électricité. Les résultats sont décrits aujourd'hui dans la revue Joule, dans un article du professeur Evelyn Wang, qui dirige le département de génie mécanique du MIT; étudiante diplômée Alina LaPotin; et six autres au MIT et en Corée et en Utah.

Le dispositif antérieur démontré par Wang et ses collègues a fourni une preuve de concept pour le système, qui exploite une différence de température à l'intérieur de l'appareil pour permettre à un matériau adsorbant – qui recueille le liquide à sa surface – d'aspirer l'humidité de l'air la nuit. et relâchez-le le lendemain. Lorsque le matériau est chauffé par la lumière du soleil, la différence de température entre le dessus chauffé et la face inférieure ombrée fait que l'eau se libère du matériau adsorbant. L'eau est ensuite condensée sur une plaque de collecte.

Mais ce dispositif nécessitait l’utilisation de matériaux spécialisés appelés cadres métalliques organiques, ou MOF, qui sont chers et limités en approvisionnement, et la production d’eau du système n’était pas suffisante pour un système pratique. Désormais, en incorporant une deuxième étape de désorption et de condensation, et en utilisant un matériau adsorbant facilement disponible, le rendement de l'appareil a été considérablement augmenté et son évolutivité en tant que produit potentiellement répandu est grandement améliorée, selon les chercheurs.

Selon Wang, l’équipe a estimé que «c’est formidable d’avoir un petit prototype, mais comment pouvons-nous le mettre sous une forme plus évolutive?» Les nouvelles avancées en matière de conception et de matériaux ont maintenant conduit à des progrès dans cette direction.

Au lieu des MOF, la nouvelle conception utilise un matériau adsorbant appelé zéolite, qui dans ce cas est composé d'un aluminophosphate de fer microporeux. Le matériau est largement disponible, stable et possède les bonnes propriétés d'adsorbant pour fournir un système de production d'eau efficace basé uniquement sur les fluctuations de température jour-nuit typiques et le chauffage avec la lumière du soleil.

La conception en deux étapes développée par LaPotin utilise intelligemment la chaleur générée chaque fois que l'eau change de phase. La chaleur du soleil est collectée par une plaque absorbante solaire au sommet du système en forme de boîte et réchauffe la zéolite, libérant l'humidité que le matériau a capturée pendant la nuit. Cette vapeur se condense sur une plaque collectrice – un processus qui dégage également de la chaleur. La plaque collectrice est une feuille de cuivre directement au-dessus et en contact avec la deuxième couche de zéolite, où la chaleur de condensation est utilisée pour libérer la vapeur de cette couche suivante. Les gouttelettes d'eau collectées à partir de chacune des deux couches peuvent être canalisées ensemble dans un réservoir collecteur.

Dans le processus, la productivité globale du système, en termes de litres potentiels par jour et par mètre carré de zone de collecte solaire (LMD), est environ doublée par rapport à la version précédente, bien que les taux exacts dépendent des variations de température locales, du flux solaire et les niveaux d'humidité. Dans le prototype initial du nouveau système, testé sur un toit au MIT avant les restrictions pandémiques, l'appareil produisait de l'eau à un taux «de plusieurs ordres de grandeur» supérieur à celui de la version précédente, dit Wang.

Alors que des systèmes similaires en deux étapes ont été utilisés pour d'autres applications telles que le dessalement, Wang dit: «Je pense que personne n'a vraiment suivi cette voie» d'utilisation d'un tel système pour la récupération de l'eau atmosphérique (AWH), comme de telles technologies sont connues.

Les approches AWH existantes comprennent la récolte du brouillard et la récolte de la rosée, mais les deux ont des limites importantes. La récolte du brouillard ne fonctionne qu'avec une humidité relative de 100% et n'est actuellement utilisée que dans quelques déserts côtiers, tandis que la récolte de la rosée nécessite une réfrigération énergivore pour fournir des surfaces froides sur lesquelles l'humidité se condense – et nécessite toujours une humidité d'au moins 50%, selon sur la température ambiante.

En revanche, le nouveau système peut fonctionner à des niveaux d'humidité aussi bas que 20 pour cent et ne nécessite aucun apport d'énergie autre que la lumière du soleil ou toute autre source disponible de chaleur de faible qualité.

LaPotin dit que la clé est cette architecture en deux étapes; maintenant que son efficacité a été démontrée, les gens peuvent rechercher des matériaux adsorbants encore meilleurs qui pourraient encore augmenter les taux de production. Le taux de production actuel d'environ 0,8 litre d'eau par mètre carré et par jour peut être suffisant pour certaines applications, mais si ce taux peut être amélioré avec d'autres ajustements et choix de matériaux, cela pourrait devenir pratique à grande échelle, dit-elle. . Déjà, des matériaux sont en cours de développement qui ont une adsorption environ cinq fois supérieure à cette zéolite particulière et pourraient conduire à une augmentation correspondante de la production d'eau, selon Wang.

L'équipe continue de travailler à affiner les matériaux et la conception de l'appareil et à l'adapter à des applications spécifiques, comme une version portable pour les opérations militaires sur le terrain. Le système à deux étages pourrait également être adapté à d'autres types d'approches de récupération de l'eau qui utilisent plusieurs cycles thermiques par jour, alimentés par une source de chaleur différente plutôt que la lumière du soleil, et pourraient ainsi produire des rendements quotidiens plus élevés.

La source:
MIT

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