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Jun 09, 2024

Dôme

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 4403 (2022) Citer cet article 4177 Accès 4 Citations 1 Détails des métriques Altmetric Systèmes d'évaporation d'eau avec l'énergie solaire comme moteur principal

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 4403 (2022) Citer cet article

4177 Accès

4 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

Les systèmes d’évaporation d’eau utilisant l’énergie solaire comme énergie motrice principale ont fait l’objet d’une grande attention ces dernières années. Ce travail étudie la méthode de préparation et les performances des évaporateurs d'hydrogel utilisant du chitosane et de l'alcool polyvinylique (PVA) comme structure et des nanoparticules de carbone (CNP) comme matériau photothermique. Le taux d'évaporation de l'hydrogel CPC (chitosane/PVA et CNPs) obtenu atteint 2,28 kg m−2 h−1. Simultanément, une structure tridimensionnelle est conçue sur la base du système d’évaporation bidimensionnel à double couche dans cette étude. Un évaporateur doté d'une structure en petit bassin et un hydrogel doté d'une structure en forme de dôme sont conçus. Ces deux structures atteignent des taux d'évaporation très efficaces de 2,28 kg m−2 h−1 et 3,80 kg m−2 h−1, respectivement. Ces conceptions optimisées améliorent le taux d'évaporation de l'ensemble du système d'environ 66,7 %. Les dispositifs d'évaporation développés constituent une voie prometteuse pour le développement d'évaporateurs à double couche, qui favorisent le nouveau développement de la purification de l'eau avec un système d'évaporation à énergie solaire.

L'eau est la ressource la plus précieuse pour maintenir la survie humaine et le développement économique1,2. Cependant, la quantité d’eau douce à la surface de la terre est limitée et ne permet pas de répondre à la demande croissante. Dans le même temps, l’océan couvre plus de 70 % de la surface terrestre2. Ainsi, le problème de la conversion de l’eau de mer en eau douce destinée à l’usage humain est un sujet vital sur lequel de nombreux chercheurs travaillent pour contribuer à la durabilité des sociétés humaines.

Les usines traditionnelles d’évaporation d’eau sont basées sur le pétrole. Cette méthode entraîne une pollution importante des eaux usées et des émissions de gaz à effet de serre. Afin de réduire la pollution de l’environnement et les coûts monétaires, les chercheurs sont amenés à utiliser une source renouvelable comme énergie motrice pour l’évaporation3. Le système de production de vapeur à énergie solaire est une méthode qui permet de convertir facilement l’eau de mer en eau douce grâce à une énergie solaire abondante, renouvelable et propre4. La distillation solaire imite le cycle naturel de l’eau, dans lequel le soleil chauffe l’eau de mer jusqu’à son évaporation5. Après évaporation, la vapeur d’eau se condense sur une surface plus froide. En général, les systèmes de production de vapeur d’eau à énergie solaire peuvent être divisés en deux types. La première consiste à utiliser des cellules photovoltaïques (PV) qui convertissent l’énergie solaire en électricité pour alimenter le processus d’évaporation. L’autre consiste à utiliser l’énergie solaire thermique directement comme énergie motrice pour l’évaporation. Le système de dessalement photovoltaïque comprend l'osmose inverse (RO) et l'électrodialyse (ED). Le système solaire thermique comprend un flash multi-étages (MSF), une distillation multi-effets (MED), une compression de vapeur (VC), un dessalement par congélation (FD) et une distillation membranaire (MD)6.

L'objectif principal des recherches actuelles sur les systèmes de dessalement solaire thermique est d'améliorer l'efficacité photothermique et la qualité de l'eau distillée après purification. Les chercheurs se sont engagés à améliorer le taux d'absorption de chaleur de l'absorbeur de lumière, la capacité à piéger la lumière du soleil sur la surface gaz-liquide et la surface utilisable de l'absorbeur de lumière par unité de surface de projection, car ce sont des facteurs clés dans la création d'un système de dessalement très efficace. .

Le système double couche se compose d'un absorbeur de lumière avec des performances d'absorption à large bande, d'une barrière d'isolation thermique et d'un canal d'eau hydrophile pour transférer l'eau de mer vers l'absorbeur de lumière. Ce système doté d’une excellente efficacité d’évaporation a été largement étudié. En 2013, Omara et al.7 ont conçu un système de distillation de dessalement à deux niveaux utilisant un chauffe-eau solaire sous vide, un géotextile Jut et un distillateur solaire. Ce solaire à mèche carrée à double couche (DLSW) a encore augmenté la productivité de l'eau de 114 %. L'efficacité quotidienne moyenne du DLSW était de 71,5 % et la productivité de l'eau distillée augmentait de 215 % si de l'eau chaude saumâtre était alimentée la nuit. Lee et al.8 ont proposé une membrane microporeuse super hydrophile à isolation thermique composée de saccharose carbonisé et de polydiméthylsiloxane comme évaporateur solaire efficace, qui a atteint un taux de production d'eau purifiée de 1,28 kg m−2 h−1. Dans leur étude, l’énergie solaire est utilisée comme seule énergie motrice. L'absorbeur de conversion photothermique reçoit l'énergie solaire de la lumière du soleil et chauffe l'eau à l'intérieur de la structure poreuse9. Cela nécessite des performances d’absorption du spectre à large bande et une efficacité de conversion photothermique élevée.