Transformer les déchets de dessalement en une ressource utile

Le procédé mis au point au MIT pourrait transformer la saumure concentrée en produits chimiques utiles, ce qui rendrait le dessalement plus efficace.

David L. Chandler | Bureau des nouvelles du MIT

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Les usines de dessalement en bord de mer comme celle-ci rejettent généralement de grandes quantités de saumure concentrée dans la mer. Les chercheurs du MIT ont montré qu’au lieu de cela, une grande partie de ces déchets pourraient être transformés en produits chimiques utiles.

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L’illustration représente le potentiel du processus suggéré. La saumure, qui pourrait être obtenue à partir du flux de déchets des usines de dessalement d’osmose inverse (RO), ou des usines industrielles ou des opérations d’extraction de sel, peut être traitée pour produire des produits chimiques utiles tels que l’hydroxyde de sodium (NaOH) ou l’acide chlorhydrique (HCl).

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Illustration gracieuseté des chercheurs

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L’industrie du dessalement, en pleine croissance, produit de l’eau potable et de l’agriculture dans les régions côtières arides du monde. Mais il laisse derrière lui comme un déchet beaucoup de saumure hautement concentrée, qui est généralement éliminée en la déversant dans la mer, un processus qui nécessite des systèmes de pompage coûteux et qui doit être géré avec soin pour éviter les dommages aux écosystèmes marins. Maintenant, les ingénieurs du MIT disent qu’ils ont trouvé un meilleur moyen.

Dans une nouvelle étude, ils montrent que par un processus assez simple, les déchets peuvent être convertis en produits chimiques utiles , y compris ceux qui peuvent rendre le processus de dessalement lui-même plus efficace.

L’approche peut être utilisée pour produire de l’hydroxyde de sodium, entre autres produits. Autrement connu sous le nom de soude caustique, l’hydroxyde de sodium peut être utilisé pour prétratre l’eau de mer qui entre dans l’usine de dessalement. Cela modifie l’acidité de l’eau, ce qui aide à prévenir l’encrassement des membranes utilisées pour filtrer l’eau salée — une cause majeure d’interruptions et de défaillances dans les usines typiques de dessalement par osmose inverse.

Le concept est décrit aujourd’hui dans la revueCatalyse de la natureet dans deux autres articles du chercheur du MIT Amit Kumar, professeur de génie mécanique John. H. Lienhard V, et plusieurs autres. Lienhard est professeur jameel d’eau et d’alimentation et directeur du laboratoire d’eau et de systèmes alimentaires Abdul Latif Jameel.

« L’industrie du dessalement elle-même en utilise beaucoup », dit Kumar au sujet de l’hydroxyde de sodium. « Ils l’achètent, dépenser de l’argent sur elle. Donc, si vous pouvez le faire in situ à l’usine, cela pourrait être un grand avantage. La quantité nécessaire dans les plantes elles-mêmes est beaucoup moins que le total qui pourrait être produit à partir de la saumure, il est donc également possible qu’il s’agit d’un produit vendable.

L’hydroxyde de sodium n’est pas le seul produit qui peut être fabriqué à partir de la saumure de déchets: Un autre produit chimique important utilisé par les usines de dessalement et de nombreux autres processus industriels est l’acide chlorhydrique, qui peut également être facilement fabriqué sur place à partir de la saumure des déchets en utilisant des méthodes de traitement chimique établies. Le produit chimique peut être utilisé pour nettoyer les parties de l’usine de dessalement, mais il est également largement utilisé dans la production chimique et comme source d’hydrogène.

Actuellement, le monde produit plus de 100 milliards de litres (environ 27 milliards de gallons) par jour d’eau par dessalement, ce qui laisse un volume similaire de saumure concentrée. Une grande partie de cette quantité est pompée vers la mer, et la réglementation actuelle exige des systèmes de sortie coûteux pour assurer une dilution adéquate des sels. La conversion de la saumure peut donc être à la fois économiquement et écologiquement bénéfique, d’autant plus que le dessalement continue de croître rapidement dans le monde entier. « Les rejets de saumure sans danger pour l’environnement sont gérables grâce à la technologie actuelle, mais il est beaucoup mieux de récupérer les ressources de la saumure et de réduire la quantité de saumure libérée », explique M. Lienhard.

La méthode de conversion de la saumure en produits utiles utilise des procédés chimiques bien connus et standard, y compris la nanofiltration initiale pour éliminer les composés indésirables, suivie d’un ou plusieurs stades d’électrodialyse pour produire le produit final désiré. Bien que les procédés proposés ne soient pas nouveaux, les chercheurs ont analysé le potentiel de production de produits chimiques utiles à partir de saumure et ont proposé une combinaison spécifique de produits et de procédés chimiques qui pourraient être transformés en opérations commerciales afin d’améliorer la viabilité économique du processus de dessalement, tout en diminuant son impact environnemental.

« Cette saumure très concentrée doit être manipulée avec soin pour protéger la vie dans l’océan, et c’est un gaspillage de ressources, et il en coûte de l’énergie pour la pomper vers la mer », de sorte qu’en faire un produit utile est gagnant-gagnant, dit Kumar. Et l’hydroxyde de sodium est un produit chimique omniprésent que « chaque laboratoire du MIT en a », dit-il, donc trouver des marchés pour cela ne devrait pas être difficile.

Les chercheurs ont discuté du concept avec des entreprises qui pourraient être intéressées par la prochaine étape de la construction d’une usine prototype pour aider à travailler sur l’économie du monde réel du processus. « L’un des grands défis est le coût — à la fois le coût de l’électricité et le coût de l’équipement », dit M. Kumar à ce stade.

L’équipe continue également d’examiner la possibilité d’extraire d’autres matériaux à faible concentration du flux de saumure, dit-il, y compris divers métaux et autres produits chimiques, ce qui pourrait rendre le traitement de la saumure encore plus viable sur le plan économique.

« Un aspect qui a été mentionné ... et j’ai fortement résonné, c’est la proposition de telles technologies pour soutenir une production plus « localisée » ou « décentralisée » de ces produits chimiques au point d’utilisation », explique Jurg Keller, professeur de gestion de l’eau à l’Université du Queensland en Australie, qui n’a pas participé à ces travaux. « Cela pourrait avoir des avantages majeurs en matière d’énergie et de coûts, car la concentration et le transport de ces produits chimiques ajoutent souvent plus de coûts et une demande d’énergie encore plus élevée que la production réelle de ces produits aux concentrations qui sont généralement utilisées. »

L’équipe de recherche comprenait également katherine Phillips, postdoc du MIT, Janny Cai, premier cycle, et Uwe Schroder, de l’Université de Braunschweig, en Allemagne. Les travaux ont été soutenus par Cadagua, une filiale de Ferrovial, par le biais de l’Initiative énergétique du MIT.