Les scientifiques de KAUST ont développé un système de refroidissement simple basé sur l'énergie solaire et l'effet de refroidissement de l'évaporation de l'eau salée qui pourrait être utilisé pour la réfrigération dans les régions chaudes avec un accès limité à l'électricité. Crédit : © 2021 KAUST ; Véronique Moraru
La forte lumière du soleil alimente le dispositif de refroidissement passif
Un système de refroidissement simple piloté par la capture de l'énergie solaire passive pourrait fournir une réfrigération des aliments et un refroidissement des espaces de vie à faible coût pour les communautés pauvres sans accès au réseau électrique. Le système, qui ne comporte aucun composant électrique, exploite le puissant effet de refroidissement qui se produit lorsque certains sels sont dissous dans l'eau. Après chaque cycle de refroidissement, le système utilise l'énergie solaire pour évaporer l'eau et régénérer le sel, prêt à être réutilisé.
"Les régions chaudes ont des niveaux élevés d'énergie solaire, il serait donc très intéressant d'utiliser cette énergie solaire pour le refroidissement", déclare Wenbin Wang, postdoctorant au laboratoire de Peng Wang. Dans de nombreuses régions du monde, le besoin de refroidissement est plus important en raison du changement climatique, mais toutes les communautés n'ont pas accès à l'électricité pour la climatisation et la réfrigération. "Nous avons conceptualisé une conception de conversion et de stockage de l'énergie solaire hors réseau pour un refroidissement écologique et peu coûteux", déclare le professeur Wang.
Le système de refroidissement conçu par les ingénieurs de KAUST pourrait être utilisé pour refroidir les pièces des ménages. Crédit : © 2021 KAUST ; Wenbin Wang
L'équipe a conçu un système de refroidissement et de régénération en deux étapes, l'étape de refroidissement étant basée sur le fait que la dissolution de certains sels communs dans l'eau absorbe de l'énergie, ce qui refroidit rapidement l'eau. Après avoir comparé une gamme de sels, le nitrate d'ammonium (NH4NON3) s'est avéré être le plus performant, avec une puissance de refroidissement plus de quatre fois supérieure à celle de son concurrent le plus proche, le chlorure d'ammonium (NH4Cl). Le pouvoir réfrigérant exceptionnel du sel de nitrate d'ammonium peut être attribué à sa grande solubilité. “NH4NON3La solubilité de atteignait 208 grammes pour 100 grammes d'eau, alors que les autres sels étaient généralement inférieurs à 100 grammes », explique Wenbin. "L'autre avantage de ce sel est qu'il est très bon marché et déjà largement utilisé comme engrais", ajoute-t-il.
Le système a un bon potentiel pour les applications de stockage des aliments, a montré l'équipe. Lorsque le sel a été progressivement dissous dans l'eau dans une tasse en métal placée à l'intérieur d'un polystyrène boîte en mousse, la température de la tasse est passée de la température ambiante à environ 3.6 degrés Celsius et est resté en dessous de 15 degrés Celsius pendant plus de 15 heures.
Une fois que la solution saline a atteint la température ambiante, l'équipe a utilisé l'énergie solaire pour évaporer l'eau à l'aide d'un régénérateur solaire 3D en forme de coupe sur mesure. La tasse a été fabriquée à partir d'un matériau conçu pour absorber autant que possible le spectre solaire. Au fur et à mesure que l'eau s'évapore, le NH4NON3 des cristaux poussaient sur la paroi extérieure de la coupe. "Le sel cristallisé peut être collecté automatiquement lorsque le sel tombe en raison de la gravité", explique Wenbin.
Une fois collecté, le sel représente effectivement une forme stockée d'énergie solaire, prête à être réutilisée pour le refroidissement en cas de besoin.
Référence : « Conversion et stockage de l'énergie solaire pour le refroidissement » par Wenbin Wang, Yusuf Shi, Chenlin Zhang, Renyuan Li, Mengchun Wu, Sifei Zhuo Sara Aleida et Peng Wang, 1er septembre 2021, Énergie et sciences de l'environnement.
DOI : 10.1039/D1EE01688A
