Extracting water minerals and energy from seawater desalination brine – EXTRASEA

Avec plus de 18 000 usines dans le monde, le dessalement de l'eau de mer permet l'accès à l'eau potable dans les pays méditerranéens en stress hydrique. EXTRASEA a pour défi d’innover en dessalement par membranes, pour récupérer plus d’eau en consommant moins d’énergie fossile, réduire les impacts écologiques et toxicologiques des saumures rejetées tout en valorisation des nutriments et de l'énergie des saumures et enfin favoriser l’accès à l’eau dans les zones isolées, avec l’énergie solaire. Les objectifs spécifiques d'EXTRASEA sont:

1) améliorer l'efficacité thermique de la distillation / cristallisation membranaire (MDCr) via des membranes thermoplasmoniques de nouvelle génération fonctionnant sous rayonnement solaire et obtenir un taux de récupération d'eau de 90 % et extraire les sels de la saumure de dessalement

2) développer la prochaine génération de cellules solaires au silicium à base de films ultra-minces d'oxyde conducteur transparent (TCO) avec moins de cellules solaires / des matériaux à faible coût;

3) coupler l'électrodialyse inverse (RED), une technologie à membrane innovante capable d'extraire l'énergie électrochimique de la puissance de gradient de salinité, avec la MDCr pour récupérer l'énergie du gradient de salinité de la saumure

4) transférer l'innovation dans un prototype mobile autonome, à énergie solaire pour une utilisation dans des zones isolées.

La mise en œuvre du concept innovant d'EXTRASEA contribuera de manière significative à la transition vers une économie circulaire, où les matières premières et les ressources sont générées de manière cyclique et les déchets minimisés et valorisés, dans une logique d'intensification des procédés et du Zéro Rejet Liquide

La contribution de l'INSA Toulouse au projet est principalement relative aux objectifs 1 et 4 et à la diffusion.

L’équipe est transnationale sur 7 pays européens et méditerranéens et apporte des compétences complémentaires mises en synergie dans EXTRASEA. Elle est composée d'Universités de premier plan (Université de Calabre, Italie; INSA Toulouse, Institut de biotechnologie de Toulouse, France; Centre universitaire Belhadj Bouchaib, Algérie; Tubitak MRC, Turquie; Université Hassan II Casablanca, Maroc; Université de Carthage, Tunisie) et d’une PME (PC Cell GmbH, Allemagne).

Les méthodologies comprennent: la fabrication de membranes mixtes comprenant des nanoparticules thermoplamoniques (NP), la caractérisation de leurs propriétés, de leur stabilité en fonctionnement, l’étude des performances de la MDCr, la modélisation des effets des NP sur les propriétés des membranes et le processus, le développement et des tests sur site de nouveaux panneaux photovoltaïques, la mise en œuvre et des tests de RED couplée à MDCr, la conception collective de l'usine pilote de démonstration à énergie solaire, en assemblant MDCr, RED et les nouveaux panneaux solaires, l'analyse thermo-économique et l'analyse du cycle de vie du système de dessalement intégré.

Les résultats attendus sont:
- de nouvelles connaissances et publications sur les procédés membranaires et leur couplage pour des eaux salines et hypersalines (saumures hautement concentrées) pour la récupération d'eau, de sel ou d'énergie
- des membranes de distillation / cristallisation membranaire fonctionnalisées avec des nanoparticules pour activer le chauffage local par résonance plasma, permettant à la fois une bonne productivité et une qualité d'eau potable conforme aux normes de l'OMS
- adaptation de la technologie d'électrodialyse inverse à la production d'énergie en utilisant des Gradients de salinité
- un prototype de dessalement intégré, mobile et solaire, alimenté par la technologie PV à couche mince TCO. Ce prototype sera opérationnel en Algérie en fin de projet.
- preuve de l’intérêt d’une filière intégrée, intensifiée valorisant la saumure de dessalement, considérée comme une mine de sels marins.