Un filtre basé sur MOF récupère l’énergie de l’évaporation de l’eau de mer
Un nanoruban à structure métal-organique (MOF) pourrait sous-tendre une nouvelle source d’énergie propre en récupérant la chaleur latente d’évaporation de l’eau de mer. Une équipe chinoise a développé un petit prototype de dispositif qui sépare les ions sodium et chlorure pour générer une différence de potentiel soutenue alimentée par ce changement de phase naturel.
L’extraction d’énergie à partir de l’évaporation de l’eau pourrait constituer un atout majeur pour les efforts de développement durable en raison de l’abondance d’emplacements appropriés pour cette technologie. La production d’électricité induite par l’évaporation repose sur les interactions électrostatiques entre un fluide en écoulement et une surface. Mais ces méthodes sont actuellement limitées aux systèmes à eau pure, car la forte concentration d’ions dans l’eau de mer perturbe le flux de charge.
«Dans un milieu poreux, il existe une double couche électrique entre la surface solide et le fluide», explique Yan Lu, chercheur en batteries au Helmholtz-Zentrum Berlin en Allemagne. Les particules chargées forment une couche continue sur la surface, ce qui attire à son tour une couche diffuse de contre-ions de la solution. «À mesure que le liquide s’écoule, alimenté par une évaporation continue, les variations de mobilité de ces espèces chargées dans la couche diffuse donnent lieu à la génération d’une différence de potentiel dans la direction du fluide», explique Lu. « Mais dans l’eau de mer, les ions abondants circulent avec elle, diminuant considérablement la différence de potentiel provoquée par le flux différentiel de la double couche électrique. »
Aujourd’hui, Hongfang Liu et Bao Yu Xia de l’Université des sciences et technologies de Huazhong ont développé un dispositif qui conserve cet effet électrocinétique crucial dans l’eau salée. Leur MOF, composé d’ions calcium et d’acide benzène hexacarboxylique (BHA), forme un réseau de nanocanaux sélectivement perméable qui génère une différence de potentiel entre le haut et le bas de l’appareil lorsque l’eau s’y évapore. «Le Ca-BHA MOF synthétique possède des sous-nanocanaux hydrophiles et chargés négativement, permettant le transport des ions eau et sodium tout en évitant le flux d’ions chlorure, générant ainsi un potentiel de flux», explique Xia. «Ce comportement est lié à la structure interne du réseau de liaisons hydrogène.»
Le prototype, qui mesure deux centimètres sur six, a maintenu une tension constante de 0,4 V dans des conditions d’évaporation naturelle sans aucun signe de dégradation sur une période de trois jours. Bien qu’encore au stade de la validation de principe, Lu est impressionné par les performances du MOF et intéressé de voir comment Xia et Liu développeront davantage le système.
«Ce travail fournit une nouvelle solution pour la production d’électricité par évaporation en flux dans des liquides riches en ions à haute concentration», dit-elle. «En outre, ces canaux subnanométriques hautement sélectifs sont prometteurs pour des applications dans d’autres domaines, tels que la séparation sélective des ions. J’aimerais voir ces travaux progresser vers des applications pratiques et industrielles en recherchant des paramètres dans des contextes plus proches des scénarios du monde réel.
À un niveau fondamental, l’équipe souhaite comprendre pleinement le mécanisme exact de transport des ions au sein des nanocanaux du MOF. Cependant, leur objectif actuel est de développer le prototype en un système pratique plus vaste. «La commercialisation est loin», déclare Xia. «La prochaine étape que nous aimerions franchir est d’augmenter les performances de production d’électricité. Une évaluation plus approfondie est également nécessaire pour le placement du dispositif, la résistance au sel et la stabilité des performances.
