Un purificateur d'eau record en papier pourrait apporter de l'eau propre dans des zones désespérées

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Le papier et l'eau ne semblent pas être la combinaison la plus idéale pour réussir, mais ces scientifiques ont réussi à faire du papier un purificateur d'eau étonnamment efficace.

L'idée d'utiliser l'énergie du soleil pour évaporer et purifier l'eau est ancienne. Le philosophe grec Aristote aurait décrit un tel processus il y a plus de 2000 ans. Aujourd'hui, les chercheurs introduisent cette technologie dans l'ère moderne, en l'utilisant pour assainir l'eau à ce qu'ils déclarent être des taux record.


En drapant du papier noir trempé dans du carbone dans une forme triangulaire et en l'utilisant à la fois pour absorber et vaporiser de l'eau, ils ont développé une méthode d'utilisation de la lumière du soleil pour générer de l'eau propre avec une efficacité presque parfaite.

«Notre technique est capable de produire de l'eau potable à un rythme plus rapide que ce qui est théoriquement calculé sous la lumière naturelle du soleil», explique le chercheur principal Qiaoqiang Gan, professeur agrégé de génie électrique à l'Université de Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.

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Comme l'explique Gan, «Habituellement, lorsque l'énergie solaire est utilisée pour évaporer l'eau, une partie de l'énergie est gaspillée car la chaleur est perdue dans l'environnement environnant. Cela rend le processus moins efficace à 100%. Notre système permet d'aspirer la chaleur de l'environnement environnant, ce qui nous permet d'atteindre une efficacité quasi parfaite. »


La technologie à faible coût pourrait fournir de l'eau potable dans les régions où les ressources sont rares ou là où des catastrophes naturelles se sont produites.

Gan et d'autres collègues ont lancé une startup, Eau claire et ensoleillée , pour apporter l'invention aux personnes qui en ont besoin. Avec le soutien du programme de recherche d'innovation pour les petites entreprises de la National Science Foundation, la société intègre le nouveau système d'évaporation dans un prototype d'alambic solaire, un purificateur d'eau alimenté par le soleil.


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«Lorsque vous parlez à des représentants du gouvernement ou à des organisations à but non lucratif travaillant dans des zones sinistrées, ils veulent savoir:« Combien d’eau pouvez-vous générer chaque jour? »Nous avons une stratégie pour améliorer les performances quotidiennes», déclare Song. «Avec un solaire toujours de la taille d'un mini-réfrigérateur, nous estimons que nous pouvons produire de 10 à 20 litres d'eau propre chaque jour.»

La technique présente de nombreux avantages. C’est simple et la source d’énergie - le soleil - est disponible à peu près partout. Mais malheureusement, même les derniers modèles d'alambics solaires sont quelque peu inefficaces pour vaporiser de l'eau.

L'équipe de Gan a relevé ce défi grâce à une astuce intéressante et contre-intuitive: ils ont augmenté l'efficacité de leur système d'évaporation en le refroidissant.


Un élément central de leur technologie est une feuille de papier trempé au carbone qui est pliée en forme de «V» à l'envers, comme le toit d'un nichoir. Les bords inférieurs du papier sont suspendus dans une mare d'eau, absorbant le liquide comme une serviette. En même temps, le revêtement en carbone absorbe l'énergie solaire et la transforme en chaleur pour l'évaporation.

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Comme l'explique Gan, la géométrie inclinée du papier le maintient au frais en affaiblissant l'intensité de la lumière du soleil qui l'éclaire. (Une surface plane serait directement touchée par les rayons du soleil.) Comme la plupart du papier enduit de carbone reste à température ambiante, il peut attirer la chaleur de la zone environnante, compensant la perte régulière d'énergie solaire qui se produit pendant la vaporisation. processus.

À l'aide de cette configuration, les chercheurs ont évaporé l'équivalent de 2,2 litres d'eau par heure pour chaque mètre carré de surface éclairée par le soleil régulier, supérieure à la limite supérieure théorique de 1,68 litre, selon la nouvelle étude. L'équipe a effectué ses tests en laboratoire, en utilisant un simulateur solaire pour générer de la lumière à l'intensité d'un soleil régulier.

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«La plupart des groupes travaillant sur les technologies d'évaporation solaire essaient de développer des matériaux avancés, tels que les nanomatériaux plasmoniques métalliques et à base de carbone», explique Gan. «Nous nous sommes concentrés sur l'utilisation de matériaux à très bas prix et avons toujours pu réaliser des performances record.

«Il est important de noter que c'est le seul exemple que je connaisse où l'efficacité thermique du processus d'évaporation solaire est de 100% lorsque l'on considère l'apport d'énergie solaire. En développant une technique où la vapeur est inférieure à la température ambiante, nous créons de nouvelles possibilités de recherche pour explorer des alternatives à la production de vapeur à haute température.

Les avancées sont décrites dans une étude publiée dans la revue Science avancée .

(La source: Université de Buffalo )