Physical and Chemical Approaches for Water Micro-Droplet Capture

La pénurie d'eau est devenue un enjeu pressant dans le monde d'aujourd'hui. Sur la planète, 1,2 milliard de personnes n'ont pas accès à de l'eau propre et 2,7 milliards vivent en pénurie au moins un mois par an. Bien que cette ressource couvre 71 % de la surface de la Terre, seulement 2,5 % de celle-ci est accessible par des sources conventionnelles telles que les lacs et les eaux souterraines. Celles-ci se remplissent naturellement grâce au cycle de l'eau. Les sécheresses sont devenues plus fréquentes ces dernières années et ne font que s'aggraver avec les changements anthropiques apportés au climat. De plus, la population mondiale ne cesse de croître alors que la quantité d'eau renouvelable est en décroissance. Cette situation se traduit par une augmentation de la demande et une diminution de l'offre. Cela est dû en grande partie à l'industrialisation rapide depuis les années 1960, qui a entraîné une forte utilisation des ressources en eau. Pour répondre à cette demande, des processus de production d'eau douce, tel que l'osmose inverse sont des solutions plus en plus intéressantes. L'osmose inverse est devenue plus rentable au cours de la dernière décennie avec un coût d'exploitation de 0,50 $US par m3 d'eau. Toutefois, ce procédé nécessite la disponibilité de grandes quantités d'eau salée et d'énergie électrique pour fonctionner. Pour les régions intérieures ou non côtières, ce coût peut être prohibitif en raison de l'importance des investissements et des coûts d'opération. En revanche, l'atmosphère contient 13 000 km3 d'eau douce sous forme de vapeur, de gouttelettes liquides et sous forme solide (neige ou glace). Bien qu'elle ne soit pas facilement disponible, cette eau peut être extraite et purifiée en eau potable. Ainsi, la récolte du brouillard, un processus par lequel des microgouttelettes d'eau sont capturées par une surface et traitées pour une consommation ultérieure, est apparue comme une méthode alternative pour la production d'eau potable. Cette méthode consiste généralement à utiliser un matériau polymérique maillé permettant de capturer le brouillard à son contact. À l'heure actuelle, les principaux inconvénients dans ce domaine sont la dégradabilité des matériaux utilisés, due à l'exposition à des vents violents ou à des débris transportés dans l'air par exemple, et la faible efficacité de la collecte due à une mauvaise conception de la surface.

Abstract

Water scarcity has become a pressing issue in today's world. On the planet, 1.2 billion people do not have access to clean freshwater and 2.7 billion experience this scarcity a minimum of one month out of the year. Although this resource covers 71% of the earth, a mere 2.5% of it is accessible through conventional sources such as lakes and groundwater that are naturally replenished through the water cycle. Droughts have become more common in the past years and is only getting worse with anthropogenic changes brought to the climate. Moreover, the world's population continues to grow as the amount of renewable water decreases. This results in an increase in demand and a decrease in supply. This trend is largely due to the rapid industrialization as of the 1960s, forcing heavy usage of water resources. To fulfill this demand, processes for intensive production of freshwater such as reverse osmosis (RO) have become more and more interesting. However, this process requires the availability of large bodies of saline water as feedstock and high amounts of electrical power. For inland or noncoastal regions, this can be cost prohibitive due to high capital investment and operational costs. On the other hand, Earth's atmosphere holds 13 000 km3 of freshwater in the atmosphere present in vapor, liquid droplets and solid (snow or ice) form. Although not readily available, this water can be extracted and purified into potable water. Thus, fog harvesting, a process by which water micro-droplets are captured by a surface and treated for further consumption, has emerged as an alternative method for freshwater generation. This is typically done by employing a mesh-like polymeric material through where fog is capture upon contact. At this time, major drawbacks in this field are the durability of widespread materials used for fog harvesting, stemming from exposure to high wind speeds or debris carried in the air for instance, and the low collection efficiency due to poor surface design.