Comment les technologies de l’eau propre pourraient être stimulées par les synchrotrons à rayons X

Comment les technologies de l'eau propre pourraient être stimulées par les synchrotrons à rayons X

l'eau

Crédit: George Hodan / domaine public

Le monde a besoin d’eau propre et ses besoins ne feront qu’augmenter dans les décennies à venir. Pourtant, le dessalement et les autres technologies de purification de l’eau sont souvent coûteux et nécessitent beaucoup d’énergie pour fonctionner, ce qui rend d’autant plus difficile de fournir plus d’eau propre à une population croissante dans un monde en réchauffement.


Pour aller de l’avant, les chercheurs devraient utiliser des outils tels que ceux disponibles dans les synchrotrons à rayons X pour mieux mesurer les propriétés des matériaux impliqués dans la purification de l’eau salée ou autrement contaminée, affirment des scientifiques du SLAC National Accelerator Laboratory du Département de l’Énergie et de l’Université de Paderborn en Allemagne,

«C’est vraiment le moment opportun pour le pays – laboratoires nationaux, universités et partenaires industriels – de faire progresser la science liée au dessalement» et à d’autres technologies de l’eau propre, a déclaré Michael Toney, éminent scientifique à Stanford Synchrotron Radiation Lightsource du SLAC. Toney et ses co-auteurs, la scientifique SSRL Sharon Bone et le professeur Hans-Georg Steinrück de Paderborn viennent de publier une nouvelle perspective sur l’avancement de la technologie de l’eau propre dans le journal Joule.

Le défi est de taille. Partout dans le monde, des milliards de personnes ont du mal à trouver de l’eau potable au moins un mois par an, et les projections suggèrent que la demande en eau dans certaines régions des États-Unis – y compris la Californie, qui lutte contre les sécheresses – dépassera l’offre d’ici 2050 environ.

De plus, le dessalement ou le nettoyage de l’eau est souvent coûteux et inefficace sur le plan énergétique – et il n’est pas toujours clair comment améliorer ces technologies.

Par exemple, dans l’osmose inverse membranaire, l’eau salée s’écoule sur une membrane sous pression, poussant de l’eau propre à travers la membrane dans un courant d’eau douce et retenant le sel, les matières organiques et les contaminants dans le courant d’eau salée. Pourtant, les chercheurs ne comprennent pas en détail les processus physiques et chimiques responsables de ce filtrage ou comment certains des pièges de l’osmose inverse – tels que l’encrassement, l’accumulation de matières organiques et inorganiques sur la membrane – interfèrent avec le processus.

«C’est la complexité de ces systèmes qui les rend si difficiles à sonder, et c’est pourquoi le synchrotron est si précieux, car il nous permet de sonder cela», a déclaré le professeur Steinrück.

Si les chercheurs comprenaient mieux le fonctionnement de l’osmose inverse et comment elle peut s’encrasser, ils pourraient trouver des indices pour améliorer le processus et développer de nouveaux matériaux pour les technologies de l’eau propre. La spectroscopie aux rayons X, par exemple, pourrait révéler les molécules les plus responsables de l’encrassement. Les expériences de diffusion des rayons X et les méthodes d’imagerie, telles que la microscopie électronique, pourraient donner aux scientifiques et aux ingénieurs une meilleure image de ce qui se passe à une échelle précise. Il en va de même pour d’autres techniques, telles que l’ionisation capacitive, une technique qui fonctionne le mieux sur les eaux souterraines à faible salinité ou saumâtres et qui est étroitement liée à la recherche de pointe sur les batteries. De plus, cette compréhension à petite échelle pourrait permettre aux chercheurs de concevoir de nouveaux matériaux pour le dessalement et d’atténuer l’encrassement.

Ce type de recherche est également une opportunité pour les scientifiques d’avoir un impact plus direct sur un problème mondial de plus en plus pressant – un facteur qui a motivé Bone, qui travaille également pour comprendre comment les polluants et les nutriments traversent les écosystèmes naturels, pour travailler avec des collègues de SLAC et ingénieurs chimistes de l’Université de Stanford sur les technologies de l’eau propre. En collaboration avec Valerie Niemann, étudiante diplômée en génie chimique de Stanford et le professeur William Tarpeh, Bone et Toney ont déjà commencé à étudier comment les salissures s’accumulent sur les membranes d’osmose inverse.

« Je voulais me joindre à cet effort parce que je le voyais comme une opportunité de travailler directement sur une technologie qui pourrait avoir un impact face au changement climatique », a déclaré Bone.


Journée mondiale de l’eau 2020: les technologies de dessalement fournissent une eau potable sûre et durable


Plus d’information:
Sharon E. Bone et al, Caractérisation avancée dans les technologies de l’eau propre, Joule (2020). DOI: 10.1016 / j.joule.2020.06.020

Informations sur le journal:
Joule

Fourni par SLAC National Accelerator Laboratory

Citation: Comment les technologies de l’eau propre pourraient être stimulées par les synchrotrons à rayons X (28 juillet 2020) récupéré le 29 juillet 2020 sur https://phys.org/news/2020-07-technologies-boost-x-ray-synchrotrons.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.