Brevet FR2449255A1 — publié le 19800912

La présente invention vise un procédé fournissant, au moyen de l'énergie solaire, simultanément et dans les meilleures conditions économiques, d'autres sources d'énergie, de l'eau douce et au moins un sous-produit, à partir de substances aqueuses, caractérisé en ce que l'on porte à l'ébullition la substance aqueuse enfermée dans une enceinte étanche en faisant appel à l'énergie solaire pour la chauffer, on envoie la vapeur d'eau produite dans une turbine de turbo-alternateur pour la production d'électricité, ou sur du fer chauffé à environ 800 C, également au moyen de l'énergie solaire, pour la réduire partiellement en hydrogène que l'on recueille, ou successivement dans ladite turbine et sur ledit fer, on condense en eau douce la vapeur d'eau sortant de la turbine si elle n'est pas destinée à être réduite, ou celle qui n'a pas été réduite après passage sur le fer, pour l'utiliser comme eau potable, eau à usages domestiques, ou eau d'arrosage ou d'irrigation, et on récupère comme sous-produit le résidu de l'évaporation de la substance aqueuse. Ledit fer,qui est oxydé en oxyde de fer, Fie304, est utilisable comme oligo-élément pour l'agriculture. Si la substance aqueuse de départ est de l'eau de mer, on recueille, comme sous-produit, du sel marin utilisable comme tel, ou d'od l'on peut extraire, s'il y a surproduction, des éléments tels que le sodium et le magnésium. Dans ce cas, le procédé suivant l'invention fournit, outre le sel marin et ses constituants, de l'électricité ou de l'hydrogène, ou les deux, et de l'eau douce. En outre, le le.sel -marin peut être transformé, par oxydation par des procédés connus, en chlorate de sodium, NaC103, entrant entre autres dans la fabrication des allumettes et utilisable comme carburant solide, par exemple en pyrotechnie.L'un des procédés connus d'oxydation du sel marin consiste en une électrolyse en milieu neutre fournissant NaC103 et de l1hydrogène selon la réaction : NaCl + 3 H20 NaClO3 + 3 H2 (voir Techniques de l'ingénieur, PARIS, France tome Génie Chimique J6020-961 de 11-1965). L'électricité nécessaire peut être fournie par le présent procédé et, par conséquent, par l'énergie solaire. Si la substance aqueuse de départ est constituée par des boues de stations d'épuration d'eau, le sous-produit est un résidu sec, qui a été stérilisé compte tenu des conditions de température et de pression lors de l'ébullition, et qui est utilisable, par exemple, comme engrais sec, non polluant. Comme dans le cas précédent, on obtient simultanément de l'électricité, et/ou de l'hydrogène, et de l'eau douce. Une forme supplémentaire d'énergie peut être obtenue ; en effet, les boues d'épuration séchées et stérilisées par le procédé peuvent être comprimées en briquettes combustibles, comme on fait avec un poussier, l'énergie des compresseurs pouvant éventuellement être fournie par le système lui-même. Ainsi, le but de l'invention est une utilisation rentable de l'énergie solaire, compte tenu d'une triple récupération (sources d'énergie, eau douce, sous-produits utiles). Toute autre substance aqueuse, abandonnant par évaporation un résidu de valeur, peut être employée comme matière première dans le présent#océdé. L'enceinte étanche, dans laquelle on enferme la substance aqueuse, est avantageusement un récipient clos métallique, bon conducteur de la chaleur ; il est préférablement noir, si l'on veut chauffer uniquement par "effet de serre" ; c'est le procédé le plus simple. Toutefois, tous les systèmes optiques solaires connus, du plus simple au plus compliqué, sont utilisables pour concentrer les rayons solaires sur le récipient. On peut faire appel à des héliostats ou, de façon plus pratique et moins coûteuse, à des loupes, d'unepaissance comprise de préférence entre 12 et 24 dioptries. On peut employer un ensemble de loupes disposées en coupole et couronne au-dessus du récipient. Celui-ci doit être étanche et c'est son couvercle qui est chauffé.L'utilisation des loupes comme couvercle du récipient n'est pas convenable, car la buée, qui s'y dépose alors, annihile leur effet. A titre accessoire, on peut placer dans l'intervalle entre les loupes et le récipient à chauffer des dessicateurs connus en pharmacie, par mesure de précaution pour la mise en service, ou pour le cas où, en cours d'usage, un défaut d'étanchéité se révèlerait, qui devrait être rectifié. Le récipient est préférablement en métal inoxydable. Il comporte,bien entendu, une entrée d'alimentation en substance aqueuse, une sortie pour la vapeur produite et une sortie d'évacuation du résidu. L'entrée d'alimentation est pourvue d'une vanne de réglage du débit et la sortie pour la vapeur est équipée d'un manomètre et d'une soupape de sécurités'ouvrant à la pression de vapeur désirée, qui est fonction du type de turbine que la vapeur d'eau est destinée à actionner pour la production d'électricité. La pompe employée pour alimenter en substance aqueuse le récipient, de même que celle employée pour refouler l'eau douce produite dans les canalisations d'utilisation, peut être une pompe solaire, par exemple celle commercialisée par les Etablissements Defontaine, Nantes, France. L'emploi d'une pompe solaire est plus rationnel, l'alimentation en eau devant correspondre à la production de vapeur, elle-même fonction de l'ensoleillement. En outre, cela évite de consommer une autre forme d'energie, le but étant de produire de l'énergie. On peut aussi utiliser une partie de l'énergie produite par le procédé, pour alimenter les pompes, cette énergie pouvant avoir, comme on l'a indiqué ci-dessus, diverses formes (électricité, hydrogène, chlorate de sodium). La turbine est d'un type connu en soi, aménagé pour permettre la récupération de la vapeur d'eau à sa sortie. Cette vapeur est soit condensée en eau douce, soit envoyée dans un autre récipient métallique bon conducteur de la chaleur et étanche contenant du fer chauffé à au moins 8000C, toujours par l'énergie solaire, au moyen des systèmes optiques connus appropriés, héliostats ou loupes. On récupère par réduction sur le fer environ 8 % de 11 hydrogène combiné que contient la vapeur d'eau. L'eau non dissociée sortant de ce second récipient est condensée en eau douce. Compte tenu des sources d'énergie que le procédé fournit, il est bien entendu possible de continuer à chauffer la substance aqueuse, quand l'énergie solaire fait défaut (pendant la nuit) ou est insuffisante (suivant les conditions atmosphériques et les saisons), en utilisant lesdites sources d'énergie (électricité et hydrogène, quand la substance aqueuse traitée est l'eau de mer ; électricité, hydrogène et briquettes combustibles de boues séchées, quand la substance aqueuse traitée est les boues de stations d'épuration d'eau). On a vu ci-dessus les utilisations possibles de l'eau douce récupérée. Notamment dans les régions où il y a du soleil, mais od l'eau manque, l'eau récupérée peut être mise en bouteilles comme eau potable, être stockée dans des réservoirs en vue d'usages domestiques et d'épandages sur des sols arides. Si la vapeur d'eau récupérée est encore sous pression, cela facilite son acheminement par canalisations souterraines jusqu'à des réservoirs éloignés. Pour ce qui concerne l'aspect économique du procédé, il y a une étroite correspondance entre les investissements en matériel et le rendement du procédé. C'est ainsi que si l'on se borne, et cela selon l'ensoleillement, à extraire du sel de l'eau de mer, ou à stériliser des boues d'épuration d'eau, tout en produisant de l'électricité et en recueillant de l'eau douce, il suffit de faire appel à l'effet de serre, ou préférablement a cet effet amélioré par un système de loupes, qui est peu coûteux. Si l'on désire de surcroit produire de l'hydrogène, lorsque l'ensoleillement est suffisant pour permettre cette production, il faut adjoindre au dispositif des systèmes optiques plus coûteux, compte tenu de la température élevée à atteindre dans le récipient de réduction. L'amortissement du matériel s'en trouve accr~,mais la rentabilité du procédé est également augmentée. REVEND I CAT IONS 1.- Procédé fournissant, au moyen de l'énergie solaire, simultanément et dans les meilleures conditions économiques, d'autres sources d'énergie, de l'eau douce et au moins un sousproduit, à partir de substances aqueuses, caractérisé en ce que l'on porte à l'ébullition la substance aqueuse enfermée dans une enceinte étanche en faisant appel à l'énergie solaire pour la chauffer, on envoie la vapeur d'eau produite dans une turbine de turbo-alternateur pour la production d'électricité, ou sur du fer chauffé à environ 8000C, également au moyen de l'énergie solaire, pour la réduire partiellement en hydrogène que l'on recueille, ou successivement dans ladite turbine et sur ledit fer, on condense en eau douce la vapeur d'eau sortant de la turbine si elle n'est pas destinée à être réduite, ou celle qui n'a pas été réduite après-passage sur le fer, pour l'utiliser comme eau potable, eau à usages domestiques, ou eau d'arrosage ou d'irrigation, et on récupère comme sous-produit le résidu de l'evapora- tion de la substance aqueuse. 2.- procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la substance aqueuse de départ est l'eau de mer et le sousproduit est le sel marin. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit sel marin est transibrméen un autre sous-produit, le chlorate de sodium, NaC103, par oxydation du sel marin, le chlorate de sodium étant utilisable comme carburant solide. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite oxydation est produite par une électrolyse en milieu neutre, connue en soi, du sel marin, l'électricité nécessaire étant fournie par le procédé et, en conséquence, par l'énergie solaire. 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la substance aqueuse de départ est les boues de stations d'épuration d'eau et le sous-produit est un engrais constitué par les boues séchées et stérilisées. 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites boues séchées et stérilisées sont transformées par compression en un autre sous-produit, à savoir des briquet tes combustibles. 7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les compresseurs sont actionnés avec une partie de l'énergie produite par le procédé, sous l'une quelconque de ses diverses formes. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on utilise comme enceinte, pour la substance aqueuse à faire bouillir, un récipient métallique bon conducteur de la chaleur, clos de façon étanche, chauffé par effet de serre ou par des systèmes optiques, héliostats ou loupes, et en ce que la réduction de la vapeur d'eau a lieu dans un second récipient métallique bon conducteur de la chaleur, clos de façon étanche et chauffé par des systèmes optiques, héliostats ou loupes. 9.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'on fait sortir la vapeur d'eau du récipient de traitement de la substance aqueuse sous une pression qui est celle nécessaire au fonctionnement d'une turbine de turbo-alternateur. 10.- Procédé suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'on emploie des pompes solaires pour alimenter en substance aqueuse ledit récipient et pour refouler, dans les canalisations d'utilisation,l'eau douce produite. 11.- Procédé suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'on actionne, avec une partie de l'énergie produite par le procédé, sous l'une quelconque de ses diverses formes, la pompe alimentant en substance aqueuse ledit récipient et celle refoulant dans les canalisations d'utilisation l'eau douce produite. 12.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fer, qui est oxydé en oxyde de fer, Fe304, est utilisable comme oligo-élément pour l'agriculture. 13.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que, dans les périodes où l'énergie solaire fait défaut ou est insuffisante, on continue de chauffer la substance aqueuse en utilisant les diverses sources d'énergie, qui ont été produites par le procédé à partir de l'énergie solaire.