CA2682782A1 - Desalinisation de l'eau de mer - Google Patents

Description

Désalinisation de l'eau de mer L'appareil consiste à désaliniser de l'eau saline provenant du fond des océans pour produire une eau potable. Afin de purifier l'eau de mer, nous utilisons une membrane perméable par osmose inversé. En exerçant une pression hydrostatique sur l'eau saline, on dépasse la pression osmotique qui tend à équilibrer la concentration saline entre deux solutions de concentration différentes pour forcer l'eau à franchir la membrane dans un sens. Ainsi, cela permet d'obtenir un plus grand volume d'eau pur d'environ 50% d'un côté de la membrane et de l'autre, une solution hautement concentrée de sel. Dans le schéma proposé, nous produisons de l'énergie mécanique provenant d'un cycle de Rankine, d'échangeurs thermiques alimentés en eau froide du fond de l'océan, environ 4 C, et de l'eau de surface beaucoup plus chaude environs 30'C.
L'énergie mécanique est produite par le biais d'un gaz réfrigérant tel le butane qui est transformé
en vapeur pour activer par la suite une turbine. Cette énergie mécanique servira à
alimenter le système de pompage en eaux sous-marines provenant de plus de 1 km de profondeur ainsi que le système de pressurisation afin d'obtenir une eau saline de 4 C
suffisamment pressurisé pour que l'eau puisse traverser la membrane afin d'obtenir une eau pur. Une partie de l'eau saline non filtrée communément appelée concentrat contient tous les sels qui n'ont pas traversé la membrane, représentant environ 50% du débit entrant. Une énergie mécanique additionnelle, est également produite par le retour du concentrat dans le fond de l'océan idéalement le plus profond possible. Cette eau, deux fois plus salée atteint une densité de 1054 kg/m3 soit 27 kg/m3 de plus que l'eau de mer, obtient un différentiel de pression de 2,7 bar pour chaque km de profondeur. Par conséquent, l'évacuation du concentrât à travers un tuyau à de grande profondeur, produit une énergie hydraulique activant une deuxième turbine servant à
pomper l'eau de mer pour alimenter l'appareil. Cette énergie jumelée à
l'énergie provenant d'un cycle de Rankine (échangeur thermique décrit ci-dessus) permettra de désaliniser l'eau à très faible coût. Cependant, il est possible d'utiliser une membrane perméable à nanotube de carbone pouvant réduire de 75 % le coût énergétique en comparaison avec les membranes conventionnelles par osmose inversé puisque la pression nécessaire n'est que 10-20 bar. Nous n'écartons pas la possibilité
d'utiliser une membrane de ce genre dans notre appareil.

Un des inconvénients de ce principe est que la turbine T2 doit être placée à
une profondeur sous l'eau suffisante pour qu'il ne se crée pas de vide dans la turbine car le poids plus élevé de la colonne crée une dépressurisation relative si le bout du tuyau est ouvert. Naturellement il est possible d'utiliser le même principe en optant pour des ratios différent de concentrat débit entrant pour obtenir ainsi des densités différentes de concentrat. Dans ces cas plus la densité du concentrat sera grande plus la turbine T2 devra être placé profondément sous l'eau pour pouvoir utiliser la pression négative relative sans qu'il n'y ait de bulles au centre de la turbine causé par la force centrifuge.
Cet énergie pourra être transmis jusqu'à la surface grâce à un arbre de transmission ou à l'aide d'une génératrice.

La dernière étape consiste à acheminer l'eau vers les points de consommation.
Afin d'approvisionner le plus d'énergie possible, le système de canalisation transportera un mélange d'eau et de glace produite par une thermopompe à la sortie de l'appareil. Pour obtenir de meilleur rendement dans nos centrales solaires, nous devons garantir un approvisionnement en eau très froide pour activer les échangeurs thermiques.
L'énergie qui devra être fournie par la centrale sera par conséquent plus petite. En effet, puisqu'il faut autant d'énergie pour faire passer l'eau de l'état de glace à l'état liquide que pour passer l'eau de 1 C à 81 C soit 336kj/kg, il faudra environ vingt fois moins de mélange eau-glace pour transporter la même quantité d'énergie réfrigérante que l'eau à 4 C. De plus puisque nous avons une source pratiquement infinie d'eau froide à environs 4'C il est possible d'obtenir un coefficient de performance de 9,1 avec une pompe à chaleur pour produire de la glace a partir de l'eau préfiltré. Ce qui revient à dire que pour transférer 9,lkj il n'en coûte que lkj et que l'énergie utilisé pour transformer l'eau en glace nous sera rendu en grande partie au moment ou elle sera utilisée dans les centrales thermique.

Lorsque les installations seront placées sur une plateforme de forage. Nous utiliserons une canalisation d'environ 3 mètres de diamètre afin d'éviter le maximum de friction à travers la tuyauterie pour franchir rapidement de grande distances. Si un apport d'énergie est utile pour optimiser le système cet énergie pourra être transmit à l'aide de câbles électriques placé sur la paroi du tuyau servant à acheminer le mélange eau glace jusqu'à la terre ferme. Cette énergie proviendra idéalement de centrales thermiques solaires installées sur la terre ferme.