Se préparer à la pénurie d'eau en utilisant des hybrides

Le KIST développe des méthodes de distillation membranaire utilisant l'énergie hydrothermale et solaire. L'objectif est de maximiser l'efficacité du système grâce à des technologies de distillation membranaire personnalisées pour les caractéristiques climatiques régionales.

Conseil national de la recherche scientifique et technologique

image : Comparaison du volume de production et de l'efficacité pour différentes compositions de distillation membranaireVoir plus

Crédit : Institut coréen des sciences et technologies (KIST)

L'eau propre est essentielle à la survie humaine. Cependant, moins de 3 % de l'eau douce peut être utilisée comme eau potable. Selon un rapport publié par l'Organisation météorologique mondiale, il y a une pénurie d'eau potable pour environ 1 milliard de personnes dans le monde, qui devrait atteindre 1,4 milliard d'ici 2050.

La technologie de dessalement de l'eau de mer, qui produit de l'eau douce à partir de l'eau de mer, pourrait résoudre le problème de la rareté de l'eau. À l'Institut coréen des sciences et technologies (KIST, président : Seok-Jin Yoon), une équipe de recherche dirigée par le Dr Kyung Guen Song du Centre de recherche sur le cycle de l'eau, a développé un module de distillation à membrane hybride qui combine l'énergie solaire avec des pompes à chaleur hydrothermales pour réduire la consommation d'énergie thermique pendant le processus de dessalement.

Les méthodes d'osmose inverse et d'évaporation sont des processus de dessalement de l'eau de mer relativement courants ; cependant, ces méthodes ne peuvent fonctionner qu'à des pressions et des températures élevées. En comparaison, la méthode de distillation à membrane produit de l'eau douce en utilisant la pression de vapeur générée par la différence de température entre l'eau brute en circulation et l'eau traitée séparée par une membrane. Cette approche présente l'avantage d'une faible consommation d'énergie, car l'eau douce peut être générée à des pressions de 0,2 à 0,8 bar, ce qui est inférieur à la pression atmosphérique, et à des températures de 50 à 60 ℃. Cependant, un fonctionnement à grande échelle nécessite plus d'énergie thermique. Ainsi, des études de recherche sont nécessaires pour réduire l'utilisation de l'énergie thermique pour l'exploitation commerciale.

La distillation membranaire implique un transfert simultané de masse et de chaleur (énergie). Il est divisé en une distillation membranaire à contact direct (DCMD) et une distillation membranaire à intervalle d'air (AGMD) basées sur les modes appliqués au côté eau traitée de la membrane pour générer des différences de pression de vapeur, qui sont la force motrice. Pour un apport énergétique élevé, le mode de production d'eau par contact direct de l'eau brute à haute température et de l'eau traitée à basse température à la surface de la membrane (c'est-à-dire DCMD) est avantageux. En revanche, pour un apport énergétique faible, le rendement est plus important si la chaleur transmise (perte de chaleur) est réduite par des entrefers, plutôt que par un contact direct entre l'eau brute et l'eau traitée (voir Figure 1). Ainsi, le mode qui génère de l'eau par condensation sur une surface froide et qui maintient des espaces d'air entre la membrane et la surface de condensation (ie, AGMD) est préféré.

L'équipe de recherche du KIST a développé une technologie de dessalement hybride en effectuant des tests sur site pendant 1 mois pour comparer les performances et l'économie du système en utilisant l'énergie solaire et les pompes à chaleur hydrothermales. Lorsque le système fonctionnait en parallèle avec l'énergie solaire, la production augmentait de 9,6 % (voir Figure 2) et la consommation d'énergie était réduite de 30 % (voir Figure 3) par rapport à la méthode de distillation membranaire utilisant uniquement des pompes à chaleur hydrothermales. De plus, la comparaison de la consommation d'énergie thermique en fonction de la présence d'énergie solaire a montré que l'efficacité du procédé de l'usine de distillation membranaire augmentait jusqu'à 17,5 % lorsque l'énergie solaire était utilisée comme source de chaleur supplémentaire.

Selon le Dr Song, "La technologie de dessalement hybride que nous avons développée peut être considérée comme une méthode pour fournir de l'eau à certains complexes industriels et zones insulaires confrontées à la pénurie d'eau, car elle peut réduire la consommation d'énergie nécessaire à la production d'eau douce. Nous nous attendons à ce que cette technologie soit appliquée à d'importantes installations d'approvisionnement en eau au Moyen-Orient et en Asie du Sud-Est, où la quantité annuelle de rayonnement solaire est 1,5 fois supérieure à celle de la Corée". Il a ajouté : « La distillation membranaire n'est pas affectée de manière significative par la qualité de l'eau brute, il sera donc possible de fournir de l'eau potable aux zones où la qualité de l'eau brute a été fortement contaminée en raison de la pollution de l'eau et aux zones où la détection des métaux lourds est élevée.

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Le KIST a été créé en 1966 en tant que premier institut de recherche financé par le gouvernement en Corée pour établir une stratégie de développement national basée sur la science et la technologie et diffuser diverses technologies industrielles pour promouvoir le développement des principales industries. Le KIST élève désormais le statut de la science et de la technologie coréennes grâce à la poursuite d'une recherche et d'un développement innovants de classe mondiale. Pour plus d'informations, veuillez visiter le site Web de KIST à l'adresse https://eng.kist.re.kr/

Cette recherche a été soutenue par le ministère des Sciences et des TIC (ministre Jong-Ho Lee) et a été menée dans le cadre d'un programme de développement de la recherche sur la fusion BRIDGE, qui fait partie du projet de recherche STEAM. Les résultats ont été publiés dans "Energy Conversion and Management", une revue internationale dans le domaine de la mécanique.

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