Une nouvelle membrane nous permet de récolter l’énergie « osmotique » de l’eau

Vous avez probablement entendu parler de l’énergie solaire, mais qu’est-ce que l’énergie osmotique ?

  • Les centrales osmotiques exploitent l’énergie de la différence de pression ou de salinité entre l’eau salée et l’eau douce à l’aide d’une membrane semi-perméable.
  • L’un des défis majeurs pour ce type d’énergie renouvelable a cependant été de développer des membranes efficaces et durables.
  • Aujourd’hui, de nouvelles recherches démontrent qu’une membrane durable et efficace pourrait améliorer considérablement la collecte d’énergie osmotique.

Tout le monde a maintenant entendu parler de l’énergie solaire et éolienne. Vous connaissez probablement aussi l’énergie hydroélectrique, et peut-être même l’énergie géothermique. Mais peu sont familiers avec l’énergie osmotique.

Les centrales à énergie osmotique sont assez rares, car l’un des éléments clés de leur utilisation – une membrane semi-perméable – a tendance à se détériorer, ce qui nécessite un remplacement fréquent et augmente les coûts d’exploitation. De nouvelles recherches ont permis de découvrir une meilleure membrane, plus durable, qui pourrait permettre d’améliorer considérablement le rendement de ce type d’énergie renouvelable.

L’énergie osmotique tire parti des différences de pression et de salinité entre l’eau douce et l’eau de mer pour produire de l’électricité. Son seul déchet est l’eau saumâtre, qui est simplement de l’eau plus salée que l’eau douce mais moins que l’eau de mer. Bien qu’elle ne produise pas de grandes quantités d’énergie par rapport aux autres sources d’énergie renouvelables, elle est remarquablement constante. L’énergie dérivée des éoliennes et des panneaux solaires fluctue énormément avec le temps et le climat local, mais l’énergie osmotique fonctionne plus ou moins de la même façon toute l’année partout où l’eau douce et l’eau salée se rencontrent.

L’osmose, en général, est le processus par lequel un liquide passe d’une solution diluée à une solution concentrée à travers une membrane semi-perméable. Elle se produit dans votre corps tout le temps, car elle est essentielle aux processus biologiques fondamentaux.

Les centrales osmotiques utilisent généralement l’une des deux principales techniques. Dans l’osmose à pression retardée (PRO), l’eau douce est recueillie dans un réservoir tandis que l’eau salée est conservée dans un autre. Entre les deux, une membrane sépare les deux. Cette membrane a des propriétés spéciales qui permettent uniquement le passage de l’eau douce, mais pas celui de l’eau salée. Par conséquent, l’eau douce est aspirée à travers la membrane, ce qui dilue l’eau salée dans le réservoir correspondant mais augmente également la pression. De cette pression, nous pouvons tirer de l’énergie.

L’autre technique, l’osmose par électrodialyse inverse (RED), tire parti du fait que l’eau salée contient plus d’ions positifs et négatifs que l’eau douce. Normalement, ces ions voyageraient dans l’eau douce, équilibrant la solution. Mais lors de la récolte de l’énergie osmotique, une membrane peut sélectivement laisser passer seulement les ions positifs ou négatifs, transformant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce en une sorte de batterie qui génère passivement de l’électricité.

Inspiré par l’os et le cartilage

Mais la raison pour laquelle nous ne voyons plus aucune de ces plantes est la membrane. Les membranes osmotiques sont délicates et doivent conserver des caractéristiques spécifiques afin de rester semi-perméables. Exposées aux éléments, elles ont tendance à se dégrader avec le temps.

Les recherches récentes décrites dans la revue Joule présentent une nouvelle membrane durable inspirée de l’os et du cartilage qui dure. Cette membrane serait utilisée dans les applications RED.

L’os est un matériau très solide, mais il ne permet pas le transport des ions, alors qu’un matériau plus fragile comme le cartilage permet aux ions de passer facilement. Une membrane pour l’énergie osmotique nécessiterait à la fois de la solidité et la capacité de transporter les ions.

En s’inspirant de ces éléments, les chercheurs ont mis au point une membrane composée de couches de nitrure de bore et de nanofibres d’aramide. Le nitrure de bore s’était révélé prometteur dans les membranes précédentes, mais il avait tendance à se fissurer avec le temps. Pour y remédier, les chercheurs ont étudié l’utilisation d’une classe de fibres synthétiques fréquemment utilisées dans le Kevlar : Les nanofibres d’aramide. En superposant le nitrure de bore et les nanofibres d’aramide, les chercheurs avaient mis au point un matériau suffisamment robuste pour durer tout en restant souple et efficace pour le transport des ions.

Les chercheurs ont découvert que non seulement ce matériau génère de l’énergie dans une mesure similaire à celle des centrales osmotiques RED commerciales, mais qu’il est également performant pendant une période remarquablement longue. Ils ont fait 20 cycles de la membrane, observant son efficacité sur une période de 200 heures, et n’ont constaté aucune baisse de performance.

De plus, la membrane peut bien fonctionner dans une large gamme de pH et de températures. D’autres membranes ne fonctionnent bien que dans des conditions spécifiques et doivent être remplacées régulièrement, ce qui augmente la quantité d’énergie nécessaire à leur entretien. La mise en place d’une membrane plus durable dans une centrale électrique signifierait en fait que la centrale pourrait produire plus d’énergie, car elle nécessiterait moins d’énergie pour son entretien.

Bien que l’étude n’ait servi que de validation de principe, elle montre que nous nous améliorons de plus en plus pour résoudre les problèmes liés à l’énergie renouvelable. Non seulement cela, mais elle met en évidence la quantité d’énergie dont nous disposons – à condition que nous soyons prêts à penser de façon créative et à regarder aux bons endroits. Avec un peu de chance, nous pourrions commencer à voir plus de centrales d’énergie osmotique fonctionner à l’embouchure des rivières du monde.

Via Big Think

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