Menéame

Une équipe de scientifiques de la Université Rice a fait connaître une nouvelle technologie révolutionnaire qu’il utilise nanoparticules métalliques pour convertir directement de l’eau en vapeur, en utilisant l’énergie solaire. Ce nouveau "solar steam" (vapor solaire) est la méthode développée par le Laboratoire de Rice pour Nanophotonique (LANP) et est si efficace qu’il peut même produire de la vapeur d’eau glacée.

Les résultats de ce travail ont été publiés dans ACS Nano, magazine de la Société américaine de chimie.

Efficacité énergétique pour la purification de l’eau

Cette technologie a un rendement énergétique total de 24 %. En comparaison, les panneaux solaires photovoltaïques ont généralement une efficacité énergétique globale d’environ 15 pour cent. Cependant, les inventeurs de "vapeur solaire" espèrent que les premières applications de ce nouveau système ne seront pas destinées à la production d’électricité, mais à la production de l’électricité. purification de l’eau et assainissement dans les pays en développement.

"C’est bien plus que l’électricité," a déclaré le directeur LANP Naomi Halas, le scientifique principal du projet. "Avec cette technologie, nous commençons à penser à l’énergie solaire thermique d’une manière complètement différente.", et nous espérons améliorer votre efficacité du système à mesure que la technologie sera améliorée.

L’efficacité de la vapeur solaire est due aux nanoparticules qui transforment la lumière solaire en chaleur. En plongeant dans l’eau et en étant exposées à la lumière du soleil, les particules se réchauffent si rapidement, ce qui fait que l’eau se répand et se produit de la vapeur, même à partir d’eau presque glacée.

Les nanoparticules utilisées sont très petites - même plus petites que la longueur d’onde de la lumière - ce qui signifie qu’ils ont une surface extrêmement petite pour dissiper la chaleur. Ce réchauffement intense permet de générer de la vapeur au niveau local, comme sur la surface de la particule.

Les nanoparticules éclairées par la lumière peuvent rapidement monter à des températures supérieures à 100 °C, point d’ébullition de l’eau. La vapeur se forme autour de la surface de chaque nanoparticule, dont des milliards peuvent être transformés en eau ou d’autres liquides et, finalement, la vapeur s’échappe de la particule, formant des nanobulles qui flottent sur la partie supérieure de la surface et s’échappent comme de la vapeur d’eau, des vapeurs d’éthanol dans le cas de la distillation d’alcool des boissons ou de carburant ou autres vapeurs.

Développements futurs possibles de la technologie

Cette capacité à produire de la chaleur a suscité l’intérêt des scientifiques pour l’utilisation de nanoparticules pour diverses applications, telles que le traitement photothermique de certaines formes de cancer, avec la libération du médicament par laser ou la bioimage de nanoparticule améliorée.

La vapeur est l’un des fluides industriels les plus utilisés dans le monde. Environ 90 pour cent de l’électricité est produite à partir de vapeur. Parmi les autres applications de la vapeur, on peut citer la stérilisation de déchets médicaux et d’instruments chirurgicaux, la préparation de la nourriture et la purification de l’eau, etc., des applications avec le potentiel de développement de cette technologie.

La plupart des vapeurs industrielles sont produites dans de grandes chaudières, et l’efficacité du système de "vapeur solaire" pourrait permettre de réduire les coûts de production de cette vapeur.

Les pays en développement pourraient être les premiers à voir les avantages de la vapeur solaire. Les étudiants en ingénierie de l’Université Rice ont déjà créé un système basé sur ce développement pour être utilisé dans autoclaves afin de pouvoir stériliser les instruments médicaux et dentaires dans les cliniques sans électricité.

Selon Neuman, principal co-auteur de l’article, dans des projets renouvelables pour la production électrique, cette technologie a l’avantage que "il n’a pas besoin d’hectares de miroirs ou de panneaux solaires."

Une autre utilisation potentielle pourrait être la mise au point de nouveaux systèmes de distillation plus efficaces que ceux existants, car ouLa solution utilisée, contenant du dioxyde de silicium avec des nanoparticules d’or et d’autres nanoparticules de carbone, a commencé à produire de la vapeur entre 5 et 20 secondes après l’éclat de la lumière solaire sur ces solutions.

La solution de nanoparticules d’or a produit de la vapeur dans de petites rafales "micro-explosives " et les scientifiques ont donc utilisé ces nanoparticules pour distiller l’alcool de l’eau et avoir des rendements d’alcool plus élevés que ceux produits par l’ébullition de la solution. 82 pour cent de la lumière du soleil absorbée par les nanoparticules ont généré directement de la vapeur.

Auteur et coauteurs de l’étude

Naomi Halas, est professeur d’ingénierie électrique et informatique, professeur de physique, professeur de chimie et professeur d’ingénieur biomédicale, et est l’un des produits chimiques les plus cités au monde. Son laboratoire est spécialisé dans la création et l’étude de la lumière activée par les particules.  Dans le cadre de ses travaux, il y a un lien avec la création de nanocapsules d’or, qui est le thème de plusieurs essais cliniques pour le traitement du cancer.


Halas a également remporté une bourse de la Fondation Bill et Melinda Gates pour la création d’un système ultra-petite échelle pour le traitement des déchets humains dans les zones sans égout ni électricité.

Coauteurs: Jared Day, étudiant en troisième cycle; Urban Alexander, chercheur postdoctoral; Lal Surbhi, chercheur et directeur exécutif LANP et Nordlander Peter, professeur de physique et d’astronomie et d’ingénierie électrique et informatique.

La recherche a été soutenue par la Fondation Welch et Bill et Melinda Gates.

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