À PROPOS DU SEL ET DES BATTERIES : L'eau de mer dynamise le traitement des eaux usées

Nous avons tous entendu parler de l'énergie verte, mais qu'en est-il de l'énergie bleue ? L'énergie bleue est un terme associé à la génération de « puissance osmotique », c'est-à-dire d'énergie résultant de l'osmose qui se produit entre deux solutions d'eau de concentrations différentes. Traditionnellement, l'énergie bleue est dérivée d'une substance dissoute comme le sel, séparée de l'eau par une fine membrane semi-perméable qui laisse passer naturellement l'eau. Ce flux d'eau crée une pression qui peut être utilisée pour faire fonctionner des turbines et produire de l'énergie. En raison de ce phénomène, les endroits où l'eau de mer et l'eau douce se mélangent, tels que les zones côtières qui incluent des usines de traitement des eaux usées, pourraient également être des sites qui produisent eux-mêmes de l'énergie durable. Ce qui est encore plus intéressant, c'est que de nouvelles recherches menées par l'université de Stanford pourraient mener à la fabrication de batteries spéciales qui non seulement produiraient de l'énergie, mais se rechargeraient en même temps tout en éliminant le recours à la technologie des membranes.

L'American Chemical Society a récemment publié un article dans sa revue ACS Omega qui décrit une telle batterie et suggère qu'elle pourrait être utilisée pour rendre les usines de traitement des eaux usées côtières totalement indépendantes de l'énergie. L'énergie bleue est considérée comme une « source immense et inexploitée d'énergie renouvelable » et il est possible que la batterie puisse capter avec succès d'énormes quantités d'énergie pour les usines de traitement des eaux usées côtières « sans membranes, pièces mobiles ni apport d'énergie ».

Un prototype de batterie a été testé à l'usine régionale de contrôle de la qualité de l'eau de Palo Alto en mélangeant les effluents d'eaux usées du site avec de l'eau de mer provenant de la baie voisine de Half Moon. Les résultats étaient extrêmement prometteurs. Après plus de 180 cycles, la batterie a conservé une efficacité de près de cent pour cent pour ce qui est de capter l'énergie créée par les différences de concentration en sel entre les deux fluides, également appelée énergie du gradient de salinité.

Théoriquement, cette technologie d'énergie renouvelable peuvent être installées à n'importe quel endroit où l'eau douce et l'eau salée se mélangent, mais les stations de traitement des eaux usées sont particulièrement intéressantes pour une raison majeure : elles consomment des quantités d'énergie incroyables. Les usines de traitement des eaux usées représentent environ 3 % de la consommation totale d'électricité aux États-Unis. Le traitement des eaux usées est essentiel au bien-être de toute communauté, mais il est également vulnérable aux urgences liées au réseau électrique. Si les usines de traitement des eaux usées étaient totalement indépendantes du point de vue énergétique, elles connaîtraient non seulement d'importantes baisses d'émissions, mais elles seraient également pratiquement invulnérables aux pannes de courant.

Les implications mondiales de la technologie de l'énergie bleue sont encore plus intéressantes. Pour chaque mètre cube d'eau douce mélangé à l'eau de mer, près de 6,5 kilowattheures d'énergie sont produits. Cette quantité pourrait alimenter un ménage américain moyen pendant près de 30 minutes. Si l'on considère ensuite les quelque 18 gigawatts théoriquement générés et récupérés par les stations d'épuration des eaux usées côtières, ce nombre passe à 15 millions de ménages, en continu.

Il s'agit de la première technologie à réussir à capter l'énergie bleue par voie électrochimique. Le processus commence par la libération d'ions sodium et chlorure des électrodes de la batterie dans la solution, ce qui fait passer le courant d'une électrode à l'autre. Ensuite, un échange rapide d'effluents d'eaux usées avec de l'eau de mer amène l'électrode à réintégrer les ions sodium et chlorure, ce qui inverse le flux. Dans ce cas, l'énergie est récupérée sans apport initial d'énergie ni besoin de recharge. Le résultat est une batterie qui se décharge et se recharge en permanence selon une boucle autonome.

Les batteries de secours sont également inutiles, car les électrodes sont recouvertes de matériaux durables qui les protègent de la corrosion. La technologie pourrait également fournir une tension suffisante à la fois pour une usine de traitement des eaux usées et pour d'autres applications industrielles voisines. Des tests supplémentaires sont nécessaires pour explorer tout le potentiel de l'énergie bleue à l'échelle mondiale, mais des résultats récents semblent suggérer un changement radical dans le domaine des sources d'énergie renouvelables.

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