L’énergie solaire pour transformer l’eau en vapeur

Une équipe de chercheurs de l’Université Rice a mis au point une nouvelle technologie qui utilise les nanoparticules pour convertir directement l’énergie solaire en vapeur. Même si elle est beaucoup plus efficace que les panneaux solaires en termes de production d’électricité, la technologie trouvera probablement ses premières applications dans l’assainissement à faible coût, la purification de l’eau et le traitement des déchets humains dans les pays en développement.

Environ 90% de l’électricité mondiale est produite à partir de turbines à vapeur. Cette vapeur industrielle est, pour la plupart, produite dans des grandes chaudières coûteuses. Mais en raison de son très faible encombrement et de sa grande efficacité, cette nouvelle technologie promet de produire de la vapeur à moindre coût et à une échelle beaucoup plus petite. La stérilisation des déchets médicaux et des instruments chirurgicaux, la préparation des aliments et la purification de l’eau pourrait bientôt devenir à la portée d’une grande partie des pays en développement qui n’ont pas accès au réseau électrique ou qui n’arrive pas à produire en quantité et en qualité de l’électricité.

La technologie Rice repose sur des nanoparticules qui absorbent la lumière. Quand la lumière est absorbée par elles, ces particules peuvent atteindre très rapidement des températures bien au-dessus du point d’ébullition de l’eau. A ce niveau, la chaleur va rapidement se dissiper en vapeur à cause de la très petite surface des particules. Nous avons ainsi 150°C de vapeur générée sur la surface de la particule. Le système est si efficace qu’il peut même transformer une eau sous forme de glace directement en vapeur.

La technologie convertit environ 80% de l’énergie provenant du soleil en vapeur. En introduisant cette vapeur qui en résulte dans une turbine, on produit de l’électricité avec un rendement global de 24% (qui est tout de même mieux que les 15% du panneau solaire). Les chercheurs affirment qu’on peut optimiser et améliorer la technologie pour augmenter son efficacité.

Une autre utilisation potentielle serait d’alimenter les systèmes de climatisation et de chauffage hybrides pour fonctionner sous la lumière du soleil pendant la journée et être éteins la nuit. Le système s’est également révélé très prometteur dans la distillation de l’eau. Il est environ deux fois et demie plus efficace que les systèmes disponibles dans le commerce.

Le projet a reçu une subvention de la Fondation Bill et Melinda Gates pour créer un système à petit échelle pour le traitement des déchets humains dans des zones dépourvues d’égouts ou d’électricité. En attendant, les étudiants de premier cycle en génie de Rice ont déjà créé un système à vapeur solaire qui peut stériliser les instruments médicaux et dentaires dans les cliniques sans électricité.

Un document détaillant les résultats de recherche a été publié dans la revue ACS Nano.

La vidéo ci-dessous illustre le principe de fonctionnement de cette technologie :

Source: Université Rice