L'étude décrit un nouveau système portable de collecte de vapeur solaire utilisant l'origami polymère, capable de collecter et de purifier l'eau à très faible coût.
La demande mondiale en eau potable ne cesse de croître en raison de la croissance démographique, de l'industrialisation et de la contamination et de l'épuisement des ressources naturelles de notre planète . La vaporisation solaire est une technique qui utilise l'énergie solaire pour purifier l'eau en évaporant l'eau contaminée, en la condensant et en produisant ainsi de l'eau potable . Cette technique est une technologie verte, propre, renouvelable et durable, qui a le potentiel de pallier la pénurie mondiale d'eau potable en exploitant l'abondance de l'énergie solaire . La puissance et l'efficacité d'un système de vaporisation solaire dépendent de sa conception et du choix des matériaux photothermiques. Les technologies actuelles de vaporisation solaire utilisent des matériaux coûteux et encombrants, et présentent une faible efficacité et un rendement limité. Concevoir un système de vaporisation solaire léger et portable , utilisable directement par les particuliers, demeure un défi .
Dans une nouvelle étude publiée le 28 mai dans la revue Advanced Materials, des chercheurs décrivent une méthode novatrice de purification de l'eau par l'énergie solaire . Ils ont conçu un système de collecte et de purification de l'eau portable, économique et fonctionnant à basse pression, grâce à l'énergie solaire. Les chercheurs ont choisi le polypyrrole (PPy), un polymère photothermique conducteur, reconnu pour ses propriétés photothermiques et son rendement élevé de conversion de la lumière solaire en chaleur. Inspiré de la rose, ce système unique est composé de composites de papier et de PPy, réalisés selon la technique de l'origami 3D. Une « rose en PPy », constituée de feuilles noires superposées en forme de pétales, a été créée par pliage origami et polymérisation chimique du PPy. Cette structure est fixée à un tube en coton, semblable à une tige, qui collecte l'eau brute et l'achemine vers la rose en PPy placée au sommet. Le tube en coton et la mousse de polystyrène empêchent le contact direct entre le PPy et l'eau.
Une fois que l'eau non traitée atteint les pétales, le polypropylène (PPy) présent dans la structure de la fleur la transforme en vapeur, séparant ainsi naturellement les impuretés. La vapeur d'eau est ensuite condensée, puis l'eau propre est recueillie. Les chercheurs ont utilisé une pompe à vide portable sous basse pression, ce qui a permis d'améliorer significativement les taux d'évaporation et de collecte de l'eau. Une fois condensée, l'eau propre est stockée en toute sécurité dans un bocal en verre compact et robuste.
Les structures 3D origamis ont permis une absorption de la lumière nettement supérieure et une surface d'évaporation de l'eau accrue par rapport à une conception plane 2D classique. Le taux d'évaporation et de collecte de l'eau a été amélioré de 52 % grâce à la réduction de la pression dans la chambre. Les structures en PPy origamis ont permis d'améliorer l'évaporation de l'eau de 71 % et d'obtenir des taux de collecte de vapeur plus élevés. L'efficacité globale du système a augmenté de 91.5 % sous une seule source lumineuse. Le système a été testé sur un échantillon d'eau provenant du fleuve Colorado au Texas (États-Unis). Il a permis d'éliminer la contamination de l'eau (métaux lourds, bactéries, sel) et de réduire son alcalinité, produisant ainsi une eau potable conforme aux normes de l'OMS.
La présente étude décrit une nouvelle conception rationnelle d'un système portable de collecte de vapeur solaire à faible coût avec des matériaux photothermiques origami 3D qui offre des taux améliorés d'évaporation de l'eau et de collecte de vapeur. Le coût de chaque structure en forme de fleur est inférieur à 2 cents et elle peut produire avec succès 2 litres d'eau propre par heure et par mètre carré. Cette conception peut être une source d'inspiration pour fabriquer des modèles uniques de vapeur solaire pour la production d'eau propre.
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Sources)
Li, W. et al. 2019. Unisystem portable de collecte de vapeur solaire à basse pression avec polypyrrole Origamis. Matériaux avancés. http://doi.org/10.1002/adma.201900720
