Dessalinisation à énergie solaire : une solution au problème de la pénurie d’eau pour 2.2 milliards d’êtres humains

Le problème de la pénurie d’eau est plus pressant que nous pouvons l’imaginer. Selon les données présentées par le Programme des Nations Unies pour l'environnement, près de 50 pour cent de la population de la planète, soit près de 4 milliards de personnes, sont confrontées à des pénuries d'eau au moins un mois par an.

L’année prochaine, d’ici 2025, 1.8 milliard de personnes risquent d’être confrontées à ce que l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) appelle une « pénurie absolue d’eau ». 

S’attaquer à un problème aussi énorme et omniprésent nécessite des solutions innovantes, qui utilisent des ressources inexplorées ou sous-explorées.

Par exemple, pour lutter contre la pénurie d'eau, on pourrait transformer l'eau de mer en eau douce, ce qui est l'une des solutions les plus efficaces puisque l'eau de mer est abondante. Il serait préférable que le processus puisse être exécuté grâce à des énergies renouvelables, comme l’énergie solaire. 

Dispositif économe en énergie pour produire de l'eau potable à partir de l'eau de mer

Transformer l'eau de mer en eau potable nécessiterait un dessalement. Cependant, les systèmes actuels de dessalement, qui pompent l'eau de mer à travers des membranes pour séparer le sel de l'eau, sont non seulement énergivores, mais souffrent également de l'accumulation de sel à la surface de l'appareil. Le débit d'eau est alors obstrué, ce qui réduit son efficacité. Ces dépôts de sel rendent ces machines inadaptées à un fonctionnement continu et coûteuses, nécessitant des interventions de maintenance fréquentes.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Waterloo ont maintenant trouvé a solution inspirée par le cycle de l'eau dans la nature, s’inspirant largement de la manière dont les arbres transportent l’eau des racines aux feuilles.

Selon le Dr Michael Tam, professeur au département de génie chimique de Waterloo :

« Notre inspiration vient de l’observation de la façon dont la nature se maintient et de la façon dont l’eau s’évapore et se condense dans l’environnement. »

Le mécanisme s’inspirant du cycle naturel de l’eau, il ne nécessite pratiquement aucun entretien majeur. 

Le procédé implique une solution technique qui induit l'évaporation de l'eau, la transporte à la surface et la condense dans un cycle fermé. Le résultat est une prévention efficace de l'accumulation de sel et une longévité accrue de l'appareil avec une efficacité sans compromis. 

Ce qui ajoute aux avantages de l'appareil, c'est qu'il utilise énergie renouvelable, fabrication le dispositif a faible consommation. Il fonctionne à l’énergie solaire et peut convertir près de 93 % du soleil en énergie.

L’efficacité est cinq fois supérieure à celle des systèmes de dessalement actuels disponibles sur le marché, produisant près de vingt litres d’eau douce par mètre carré.

Fait intéressant, c'est la même quantité d'eau qui L'OMS recommande à chaque personne de boire quotidiennement des quantités minimales d'eau et d'hygiène. 

Pour que l’appareil utilise efficacement l’énergie solaire, les chercheurs ont utilisé le matériau de base Nickel (Ni). La fondation en mousse de nickel a été fournie avec un revêtement polymère conducteur et des particules de pollen thermosensibles. La composition rend le matériau propice à l'absorption de la lumière solaire sur tout le spectre du rayonnement solaire. 

Pour que l'eau puisse remonter, une fine couche d'eau salée est chauffée et transportée. Ce phénomène est similaire à celui du déplacement de l'eau dans les capillaires naturels des arbres. L'évaporation de l'eau entraîne le déplacement du sel restant vers le fond de l'appareil. 

L'espace simplicité de la solution le rend prêt pour une adoption plus large. Sa portabilité garantit qu'il peut être utilisés dans les régions éloignées, en particulier dans les pays côtiers et insulaires. 

En résumant le avantages bruts de la solutionLe Dr Yuning Li, professeur au département de génie chimique de Waterloo, a déclaré :

« Ce nouvel appareil est non seulement efficace mais également portable, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans les régions éloignées où l’accès à l’eau douce est limité. » 

Pour approfondir davantage les avantages potentiels, le Dr Michael Tam a déclaré ce qui suit:

« Si le test s’avère concluant, la technologie pourra fournir de l’eau douce de manière durable aux communautés côtières et faire progresser les objectifs de développement durable 10, 12, XNUMX et XNUMX de l’ONU. »

Tandis que le recherche susmentionnée Cette découverte a suscité beaucoup d’espoir au sein de la communauté scientifique et des personnes travaillant à la recherche de solutions durables en matière d’eau douce. D’autres chercheurs s’y sont également intéressés.

Dans le segment suivant, nous discutons du développement d’une unité de dessalement portable que les chercheurs du MIT ont proposée en 2022.

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Une unité de dessalement portable pour produire de l'eau potable claire et propre

En avril 2022, Des chercheurs du MIT ont développé une unité de dessalement portable Il pesait moins de 10 kilos, soit la taille d'une valise. Il pouvait fonctionner avec moins d'énergie que ce qui était nécessaire pour faire fonctionner un chargeur de téléphone portable. Disponible à l'achat pour 50 dollars américains, comme l'appareil dont nous avons parlé dans notre segment précédent, celui-ci n'avait pas besoin de faire passer l'eau à travers les filtres. Au lieu de cela, il utilisait l'énergie électrique pour éliminer les particules de l'eau potable.

Technique de polarisation par concentration ionique rendant l'unité sans filtre

Le processus, fruit d'une décennie de travail des chercheurs, consistait à appliquer un champ électrique à des membranes placées au-dessus et au-dessous d'un canal d'eau. L'espace les membranes pourraient repousser les particules chargées positivement ou négativement, y compris les molécules de sel, les bactéries et les virus, alors que l'eau volait à côté d'eux. Le processus pourrait aider à éliminer les solides dissous et en suspension. 

Les chercheurs, en élaborant leur solution, ont fait un usage prudent de les meilleures techniques disponibles, y compris l’apprentissage automatique. L’apprentissage automatique s’est avéré efficace pour trouver la combinaison idéale de modules ICP et d’électrodialyse puisque le processus impliquait six modules au total. 

Les chercheurs ont également gardé à l'esprit que des dispositifs comme ceux-ci, qui ne s'avéreront efficaces que s'ils trouvent un grand nombre d'adeptes, doivent être faciles et simples à utiliser. être lancé avec un seul bouton pour le dessalement et la purification automatique. 

Il pourrait également notifier le utilisateurs lorsque le niveau de salinité et le nombre de particules sont descendus en dessous d'un seuil tolérable spécifique. la lecture des données simple et intuitive, les chercheurs ont proposé une application pour smartphone capable de contrôler l'appareil sans fil et de rapporter toutes les données disponibles sur la consommation électrique et la salinité de l'eau en en temps réel. 

Financé, en partie, par le DEVCOM Soldier Center, le Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS), le programme de bourses postdoctorales en IA expérimentale de l'université Northeastern et le Roux AI Institute, la recherche a donné des résultats satisfaisants. 

Les chercheurs ont sorti la solution du laboratoire et l'ont testée à Carson Beach, à Boston. L'eau obtenue a dépassé les recommandations de qualité de l'Organisation mondiale de la santé en réduisant le nombre de solides en suspension d'au moins un facteur 10, tandis que le prototype produisait de l'eau potable à un débit de 0.3 litre par heure, ne nécessitant que 20 watts-heure par litre.

Expliquant la nature révolutionnaire de l'expérience, l'auteur principal Jongyoon Han, professeur de génie électrique et d'informatique et of Ingénieur biologique et membre du Laboratoire de recherche en électronique (RLE), a déclaré :

« C’est vraiment l’aboutissement d’un voyage de 10 ans que mon groupe et moi avons entrepris. Nous avons travaillé pendant des années sur la physique des processus de dessalement individuels, mais rassembler toutes ces avancées dans un seul et même système, et le démontrer dans l’océan, a été pour moi une expérience vraiment enrichissante et enrichissante. » 

Alors que les chercheurs universitaires sont fortement engagés dans cette noble quête, il existe plusieurs entreprises qui Les entreprises de dessalement de l’eau de mer se sont lancées dans cette tâche. Leur contribution est tout aussi cruciale, car une adoption à grande échelle nécessite des solutions à grande échelle qui fonctionnent à l’échelle commerciale. Dans les segments suivants, nous examinons quelques-unes de ces entreprises. 

# 1. Consolidated Water Co. Ltd. (NASDAQ : CWCO)

L'espace Société a ses services d'ingénierie prêt à donner à ses clients les moyens de concevoir et de construire de manière complète Eau de mer inversée Systèmes de dessalement par osmose. L'espace Société s'adresse à l'ensemble du cycle de service qui implique l'installation, l'extension ou la modernisation. 

L'espace Société, cotée et négociée au Nasdaq, effectue la services de gestion, d'ingénierie et de construction pour le dessalement par DesalCo, reconnu par les fournisseurs comme fabricant d'équipement d'origine (OEM) d'usines de dessalement d'eau de mer par osmose inverse pour Société .

Technologiquement, le Société reconnaît deux méthodes principales de dessalinisation :

(i) Distillation thermique
(ii) Séparation membranaire.

L'espace Société préfère ce dernier en raison de ses coûts énergétiques inférieurs. Société déploie une séparation par membrane d'osmose inverse pour le dessalement de l'eau saumâtre et de l'eau de mer. Il s'agit d'un processus de séparation des fluides où l'eau salée est pressurisée, et l’eau douce est séparée de l’eau salée en passant à travers une membrane semi-perméable qui rejette les sels.

L'espace Installation d'osmose inverse d'eau de mer de Consolidated Water est basé à Nassau, New Providence, Commonwealth des Bahamas. Mis en service en juillet 2006, la plante a une capacité opérationnelle pour faire face aux 12 millions de gallons américains d'eau par jour. 

En 2023, la division de Société a finalisé l'acquisition des 39 % restants de la participation de PERC Water Corporation (« PERC ») pour devenir le propriétaire à 100 % de cette filiale, qui conçoit, construit, exploite et gère des infrastructures hydrauliques dans le sud-ouest des États-Unis 

La même année, PERC a été décerné une nouvelle Contrat de 204 millions de dollars pour la conception, la construction et l'exploitation d'une nouvelle usine de dessalement à Honolulu, Hawaï.

L'espace de l'entreprise les opérations de vente au détail dans les îles Caïmans produisent de l'eau potable à trois usines de dessalement d'eau de mer par osmose inverse à Grand Cayman, sur ses sites d'Abel Castillo Water Works (« ACWW ») et de West Bay. 

La capacité de production totale actuelle des deux usines situées à ACWW est de 3.0 millions de gallons d'eau par jourL’ la capacité de production de l'usine de West Bay est de 1,000,000 XNUMX XNUMX de gallons d'eau par jour. 

En 2023, la division de Société a réalisé un chiffre d'affaires de 180.2 millions de dollars américains, soit une augmentation significative par rapport à son chiffre d'affaires de 2022 millions de dollars américains en 94.1. 2023 a vu la Société enregistrer un bénéfice net record et un bénéfice par action provenant des activités poursuivies de 30.7 millions de dollars et de 1.93 dollar, respectivement. Le prix de l' de l'entreprise les actions ordinaires ont atteint un sommet historique de 38.29 $ US en novembre 2023. 

# 2. Veolia 

L'espace Société voit le dessalement comme solution clé bats toi la pénurie d'eauElle prétend avoir construit des centaines d'usines et de systèmes de dessalement dans le monde entier, produisant de l'eau douce pour tous les deux besoins municipaux et industriels. de l'entreprise Les projets phares les plus récents comprennent l’usine Al Dur 2 à Bahreïn, l’usine Rabigh 3 en Arabie saoudite et l’usine IWP d’Umm Al Quwain aux Émirats arabes unis.

Depuis 2007, la Société Veolia est responsable de la construction et de l'exploitation de l'usine d'osmose inverse d'eau de mer de Sur, en collaboration avec l'Oman Power and Water Procurement Company (OPWP). L'usine fournit de l'eau potable à plus de 600,000 XNUMX personnes. Veolia construit également des installations de dessalement pour les besoins industriels. 

La technologie exclusive Barrel de Veolia est un système de dessalement RO sûr, compact et numérique dont l'approche plug-and-play permet de garantir un calendrier accéléré. tandis que son des capteurs numériques intégrés assurent une surveillance à distance efficace. 

Véolia, excepté ses solutions de dessalement direct aident également ses clients avec une combinaison d'outils numériques et d'expertise qui rendent les processus plus intelligents, plus sûrs et plus durables. 

Son portefeuille de services de base installée offre des services de traitement de l'eau personnalisés adaptés aux besoins exacts du client. services d'eau mobiles de Véolia traiter des actifs locatifs qui soutiennent et assistent les opérations du site du client pour les besoins temporaires et à plus long terme de traitement de l'eau. Enfin, sous son aile des programmes chimiques de traitement de l'eau, le Société propose des solutions d'hygiène de l'eau et des solutions chimiques HYDREX qui contribuent à améliorer les performances des équipements de services publics et de traitement de l'eau. 

Les actions de Veolia (OTC : VEOVY) sont négociées sur le marché de gré à gré (OTC). Au premier semestre 2024, Société a enregistré un chiffre d'affaires de 22.141 milliards d'euros, en léger recul par rapport au chiffre d'affaires du 1er semestre 2023 de 22.755 milliards d'euros. Sur ces 22.141 milliards, près de 8.8 milliards d'euros proviennent de la division commerciale qui répond aux besoins en eau. Les deux autres concernent les déchets et l'énergie.

L’importance croissante du dessalement

Un volume important d’eau provient déjà du dessalement. Selon les données présentées par l'Association internationale de dessalement, la capacité cumulée de dessalement sous contrat a désormais dépassé 100 millions de m3/j et près de 60% du dessalement sont consacrés à la consommation humaine. Selon les estimations, Près de 300 millions de personnes dépendent de ce procédé pour leur consommation quotidienne d’eau. Des pays comme le Koweït produisent près de 100 % de leur consommation d’eau douce grâce au dessalement. 

Cependant, les projets de dessalement ne sont pas encore distribués uniformément dans le monde entier. Les régions du Moyen-Orient et de l’Amérique du Nord représentent au total plus de 70 % de la capacité mondiale de dessalement. Sur ces 70 %, le Moyen-Orient seul comptes pour plus de 53%. 

Les données suggèrent également qu'il y avait plus de 21,000 2022 usines de dessalement d'eau de mer en XNUMX, avec une production mondiale quotidienne de 99 millions de m3/jour d’eau dessalée. Cependant, ce volume de production génère également plus de 150 millions de m3/jour de sous-produits de saumure. La saumure est l’eau de mer légèrement concentrée rejetée par les usines de dessalement dans la mer. La teneur en sel de la saumure est d’environ 60 g/l pour une eau de mer à 40 g/l, tandis que la température de la saumure rejetée est légèrement supérieure à celle de l’eau de mer – quelques degrés Celsius.  

Les recherches futures devront investir du temps et des ressources pour trouver des moyens Voilà plus respectueux de l'environnement. L'utilisation de l'énergie solaire pour faire fonctionner ces centrales contribue à réduire considérablement l'empreinte carbone de ces installations. Cependant, les recherches futures doivent garantir que la quasi-totalité de l'eau de mer entrante soit convertie en eau potable douce. Cela garantira que il y a aucun rejet nocif Venir comme un sous-produit.  

Des mécanismes de transport et de distribution efficaces garantiront que cette eau va au-delà des nations situées au bord de la mer et atteint des régions arides et sèches sans source d'eau potable significative à proximité.

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