L’eau est la source de la vie et la base de la survie de toutes choses dans le monde. Bien que la couverture en eau dépasse 70 % de la surface terrestre sur laquelle nous vivons, les ressources en eau douce sont inférieures à 3 %. La répartition de cette eau douce est extrêmement inégale. Il existe dans les lacs, les rivières, sous terre et dans la glace de l'Antarctique. Il reste moins de 1 % de l’eau douce disponible pour la consommation humaine.

En outre, affectée par une série de problèmes tels que la pollution de l'environnement et la croissance démographique, la pénurie mondiale de ressources en eau douce va s'aggraver à l'avenir. Par conséquent, résoudre le problème de la rareté des ressources en eau douce est une priorité absolue.

Le 13 septembre 2023, des scientifiques chinois ont publié un article sur les nouveaux matériaux de conversion photothermique dans le magazine « Nature ». L’avènement de ce matériau devrait apporter un flux constant de ressources en eau douce à l’humanité et garantir un approvisionnement sûr et suffisant en eau douce !

Source de l'image : magazine Nature.

Préparation et principes des nouveaux matériaux

L’énergie solaire est une source d’énergie renouvelable largement utilisée pour le chauffage et le stockage d’énergie.La technologie solaire d’évaporation interfaciale de l’eau est proposée depuis près de dix ans. Autrement dit, l’énergie solaire est absorbée et convertie en énergie thermique, ce qui favorise l’évaporation des molécules d’eau en vapeur d’eau. La vapeur d'eau est collectée et utilisée pour un traitement ultérieur. Cette technologie a de larges perspectives d’application dans le domaine du dessalement de l’eau de mer pour produire de l’eau douce propre. L'utilisation de l'énergie solaire peut réduire la consommation d'énergie fossile et une série de problèmes de pollution environnementale.

Le cœur de cette technologie est de savoir comment améliorer l’efficacité de conversion de l’énergie solaire thermique. Le nouveau matériau de conversion photothermique à haut rendement récemment développé par des scientifiques chinois laisse espérer une utilisation généralisée de cette technologie !

Partant de la nature de la génération de chaleur provoquée par l'interaction entre la lumière du soleil et la matière, les scientifiques ont utilisé la chimie, la physique, les calculs et d'autres expériences connexes pour découvrir qu'il existe une structure dimère Ti-Ti dans le sous-oxyde de titane (TinO2n-1). Cette structure limitera la plage de distribution du mouvement des électrons de la couche 3D de la structure électronique en dehors du noyau de l'atome de Ti, ce qui entraînera une localisation spatiale réelle des électrons et l'introduction d'états électroniques à bande plate près du niveau de Fermi, ce qui entraînera une densité d'état conjointe améliorée des transitions électroniques.

Sur la base des principes ci-dessus, d'autres expériences ont montré queEn tant que substance du sous-oxyde de titane, le λ-Ti3O5 a une absorbance de plus de 95 % de la lumière solaire.


Spectres de réflexion et structure électronique. Source de l'image : Référence [1]

Les scientifiques ont également utilisé du λ-Ti3O5 et de l'alcool polyvinylique pour traiter les évaporateurs. Afin d'améliorer l'efficacité de l'évaporation de l'eau, l'évaporateur a été conçu dans une structure connectée poreuse tridimensionnelle.

Des expériences ont montré que dans des conditions d'ensoleillement (1 kWm-2), grâce à cet appareil, la quantité d'eau évaporée par heure peut atteindre 6,09 kgm-2, ce qui est le niveau d'évaporation d'eau le plus rapide actuellement atteint par la technologie d'évaporation d'eau d'interface à énergie solaire. Les scientifiques ont également utilisé cet équipement dans des expériences de dessalement de l'eau de mer, et la quantité d'eau douce collectée par jour peut atteindre 23 Lm-2.

On peut voir que si cet équipement est utilisé dans le domaine du dessalement de l'eau de mer, une préparation d'eau douce à grande échelle peut être réalisée, ce qui résoudra grandement le problème de la pénurie de ressources en eau douce et apportera de nouvelles idées au traitement de purification des eaux usées.


Diagramme schématique du fonctionnement d'un évaporateur à structure poreuse connectée tridimensionnelle (a. Dispositif de dessalement d'eau de mer extérieur ; b. Modifications de l'énergie solaire, du taux de collecte d'eau douce et de la quantité totale d'eau douce collectée au fil du temps ; c. Modifications de la température et de l'humidité au fil du temps ; d. Flux lumineux moyen quotidien et taux de collecte d'eau douce). Source de l'image : Référence [1]

Que pouvons-nous faire pour protéger l’eau douce ?

La découverte de nouveaux matériaux ne nous fait plus craindre qu’il n’y ait plus d’eau à boire à l’avenir. Cependant, nous devons également économiser l’eau et accroître notre conscience de la protection des ressources en eau douce.

Tout d'abord, le gouvernement a successivement promulgué et amélioré les lois et réglementations liées à la protection des ressources en eau douce, les limitant par des lois et rappelant à chacun l'importance de protéger l'eau douce.Accroître la publicité des politiques liées à la protection de l'eau douce et sensibiliser chacun à la conservation de l'eau. Dans le même temps, optimiser l’utilisation de l’eau douce dans l’agriculture et l’industrie et améliorer le taux d’utilisation de l’eau douce.

Dans la vie, chacun de nous devrait faire attention à économiser l'eau, et en même temps,Faites attention à ne pas jeter de déchets, produits chimiques, médicaments, etc. dans les égouts, ce qui pourrait facilement polluer l'eau douce.

Travaillons ensemble pour protéger les ressources en eau douce, utilisons l'eau de manière rationnelle et ne laissons pas la dernière goutte d'eau sur terre devenir nos larmes !

Références

[1] Yang, B., Zhang, Z., Liu, P. et al. Flatbandλ-Ti3O5 vers une génération d'équipes solaires extraordinaires. Nature (2023).

[2] Li Xueqin. Nouveau capteur solaire et son application dans le dessalement de l'eau de mer [J]. Machinerie générale, 2012. DOI : CNKI : SUN : TYJS.0.2012-03-037.

[3] Xie Lixin, Li Pingli, Wang Shichang. État actuel de la technologie de dessalement de l'eau de mer et examen de diverses méthodes de dessalement [J]. Progrès dans l'industrie chimique, 2003, 22(10) : 4. DOI : 10.3321/j.issn : 1000-6613.2003.10.011.

[4] Lu Zhu. Perspectives de conservation de l'eau et de régénération et de réutilisation des ressources en eau [J]. Technologie de purification de l'eau, 2002(S1):5.DOI:CNKI:SUN:ZSJS.0.2002-S1-013.