Selon les auteurs, le nouveau procédé utilise les nanoparticules bon marché qui ne sont pas dangereuses, ce qui le distingue d’autres procédés. Les résultats sont publiés dans la revue Renewable Energy et International Journal of Heat and Mass Transfer.
Les générateurs solaires qui produisent de l’électricité par évaporation de l’eau constituent une partie importante de nombreux systèmes d’énergie renouvelable. Selon les chercheurs, le schéma qui combine les mini-turbines à vapeur et les dessalinisateurs solaires est très prometteur. Dans de nombreuses régions de la planète, ce type d’appareil combiné est une source importante d’énergie et d’eau pour l’agriculture.
Conjointement avec leurs collègues norvégiens et chinois, les chercheurs du MEPhI ont pu augmenter de 15 à 25 % l’efficacité de la production de la valeur par les dispositifs solaires. Selon eux, il est possible de produire plus de valeur en utilisant la lumière de la suspension aqueuse des nanoparticules absorbant la lumière –c’est plus efficace que de simplement faire bouillir de l’eau. Pour communiquer ce nouvelles propriétés à l’eau, les chercheurs ont utilisé les nanoparticules de graphite et de l’oxyde de fer.
«Le phénomène que nous avons étudié avait été découvert au début des années 2000 par des chercheurs américains et australiens mais ceux-ci ne sont pas allés au-delà d’expérimentations en laboratoire à petite échelle. Nous avons considérablement élargi la description théorique du processus et découvert le moyen de son utilisation industrielle. Le grand avantage de notre système tient au fait que nous n’utilisons pas de particules d’or ou d’argent qui coûtent cher», a indiqué Boris Balakine, directeur d’étude de l’Institut de la physique nucléaire et des technologies du MEPhI et professeur de l’université des sciences appliquées de Norvège occidentale.
Selon les auteurs, le nouveau procédé permettra avant tout de dessaler plus rapidement et de désinfecter l’eau salée ou les eaux usées en n’utilisant que la lumière solaire concentrée. Par ailleurs, cette technologie peut être utilisée pour la thérapie photodynamique contre le cancer et pour la création de systèmes de refroidissement du matériel spatial, affirment les chercheurs.
Développé pour les besoins de cette nouvelle technologie, un prototype de générateur assurera la puissance jusqu’à 5 kW pour une surface d’évaporation de 200 m2 dans des conditions idéales et environ 2,5 kW si l’on prend en compte les conditions météorologiques, ont indiqué les auteurs.
Les nano-suspensions aqueuses du graphite et de l’oxyde de fer sont 250 fois moins chères que les celles utilisant des nanoparticules d’or. En outre, les liquides ne sont pas nano-toxiques grâce à la fusion progressive des nanoparticules jusqu’au micron, ont fait remarquer les chercheurs. Cela veut dire qu’après les essais biophysiques spéciaux, cette eau pourrait être utilisée pour les besoins ménagers sans épuration supplémentaire.
«Pour produire les nano-suspensions aqueuses nous utilisons de la poudre fine de graphite et de fer qui sont mélangés avec l’eau à l’aide d’un homogénéisateur ultra-sonore. Le prototype que nous avons développé comprend un condenseur solaire qui suit automatiquement le déplacement du Soleil pendant la journée. Tous les composants de ce système sont produits en Russie», a expliqué Boris Balakine.
Pour rendre le dispositif plus efficace, à l’entrée du générateur de valeur les nano-suspensions aqueuses peuvent être chauffées par la chaleur géothermique, la chaleur dégagée par les entreprises ou les centres de données, la chaleur frictionnelle des éoliennes. Par la suite, les chercheurs prévoient de créer des nano-suspensions aqueuses qui auront une composition différente et de développer des prototypes de dispositifs qui permettront d’augmenter l’efficacité des divers systèmes d’énergie renouvelable.
Les études ont été réalisées avec le soutien du Fonds scientifique russe (projets 17-79-10481 et 17-79-10083).