Serre d'eau de mer - Seawater greenhouse

Une serre d'eau de mer est une structure de serre qui permet la croissance des cultures et la production d'eau douce dans les régions arides qui constituent environ un tiers de la superficie terrestre de la planète. Ceci en réponse à la pénurie mondiale d' eau et aux pics d'eau et au sol infectant le sel. Le système utilise de l' eau de mer et de l' énergie solaire . Il utilise une structure similaire à la serre à coussins et ventilateurs, mais avec des évaporateurs et des condenseurs supplémentaires. L'eau de mer est pompée dans la serre pour créer un environnement frais et humide, les conditions optimales pour la culture de cultures tempérées. L'eau douce est produite dans un état condensé créé par le principe de dessalement solaire, qui élimine le sel et les impuretés. Enfin, l'air humidifié restant est expulsé de la serre et utilisé pour améliorer les conditions de croissance des plantes d'extérieur.

Projets

La serre d'eau de mer Ltd

Le concept de serre d'eau de mer a été étudié et développé pour la première fois en 1991 par la société Light Works Ltd de Charlie Paton, qui est maintenant connue sous le nom de Seawater Greenhouse Ltd. Charlie Paton et Philip Davies ont travaillé sur le premier projet pilote commencé en 1992, sur l' île canarienne de Tenerife. . Un prototype de serre à eau de mer a été assemblé au Royaume-Uni et construit sur le site de Tenerife couvrant une superficie de 360 ​​m2. Les cultures tempérées cultivées avec succès comprenaient les tomates, les épinards, les pois nains, les poivrons, les artichauts, les haricots verts et la laitue.

La deuxième conception pilote a été installée en 2000 sur la côte de l'île d'Al-Aryam, à Abu Dhabi, aux Émirats arabes unis. La conception est une structure en acier léger, semblable à un polytunnel à plusieurs travées, qui repose uniquement sur l'énergie solaire. Un réseau de tuyaux est installé pour améliorer la conception de la serre en diminuant la température et en augmentant la production d'eau douce. La serre a une superficie de 864 m2 et a une production d'eau quotidienne de 1 m3, ce qui répond presque à la demande d'irrigation de la culture.

La troisième serre pilote d'eau de mer, d'une superficie de 864 m2, se trouve près de Muscat à Oman et produit 0,3 à 0,6 m3 d'eau douce par jour. Ce projet a été créé en collaboration avec l'Université Sultan Qaboos. Il offre une opportunité de développer une filière horticole durable sur la côte de la Batinah. Ces projets ont permis de valider un modèle de simulation thermodynamique qui, à partir de données météorologiques appropriées, prédit et quantifie avec précision les performances de la serre d'eau de mer dans d'autres parties du monde.

Le quatrième projet est l'installation commerciale à Port Augusta, en Australie, installée en 2010. Il s'agit actuellement d'une serre d'eau de mer de 20 hectares détenue et gérée par Sundrop Farms qui l'a développée davantage.

La cinquième conception a été construite en 2017 à Berbera, en Somalie. La conception a été recherchée pour être simplifiée et peu coûteuse avec des techniques avancées de modélisation de serre. Cette conception comprend un système d'ombrage qui retient les éléments de refroidissement par évaporation de base.

Projet Forêt du Sahara

Le Sahara Forest Project (SFP) combine la technologie des serres d'eau de mer et l'énergie solaire concentrée et construit des projets pilotes en Jordanie et au Qatar. La serre à eau de mer évapore 50 m3 d'eau de mer et récupère 5 m3 d'eau douce par hectare et par jour. La capacité de production d'énergie solaire à travers des panneaux photovoltaïques produit 39 KW sur 3 hectares avec 1350 m2 de surface de culture. Les serres sont 15 degrés plus fraîches que les températures extérieures, ce qui permet de produire jusqu'à 130 000 kg de légumes produits par an et jusqu'à 20 000 litres d'eau douce par jour. En outre, le projet comprend la revégétalisation par la remise en état des sols de plantes du désert fixatrices d'azote et éliminant le sel par des déchets réutilisés issus de l'agriculture et de l'évaporation de l'eau salée.

Traiter

Une serre d'eau de mer utilise le milieu environnant pour faire pousser des cultures tempérées et produire de l'eau douce. La conception pour refroidir le microclimat consiste principalement en un processus de dessalement par humidification et déshumidification (HD) ou une humidification à effets multiples . Une simple serre à eau de mer se compose de deux refroidisseurs évaporatifs (évaporateurs), d'un condenseur, de ventilateurs, de conduites d'eau de mer et d'eau distillée et de cultures entre les deux évaporateurs. Ceci est illustré sur les figures schématiques 1 et 2.

Le processus recrée le cycle hydrologique naturel dans un environnement contrôlé de la serre en évaporant l'eau d'une source d'eau saline et la regagne en eau douce par condensation. La première partie du système utilise de l'eau de mer, un évaporateur et un condenseur. La paroi avant de la serre est constituée d'un évaporateur mouillé par l'eau de mer qui fait face au vent dominant. Ceux-ci sont principalement constitués de carton ondulé illustré à la figure 3. Si le vent n'est pas assez présent, des ventilateurs soufflent l'air extérieur à travers l'évaporateur dans la serre. L'air chaud ambiant échange la chaleur avec l'eau de mer qui le refroidit et l'humidifie. L'air frais et humide crée un environnement de croissance adéquat pour les cultures. L'eau de mer restante refroidie par évaporation est collectée et pompée vers le condenseur en tant que liquide de refroidissement.

Figure 3 : Carton de serre d'eau de mer

Dans les serres conventionnelles, il crée un environnement plus chaud fourni par l'apport de chaleur solaire pour permettre une température de croissance adéquate, tandis que la serre à eau de mer fait le contraire en créant un environnement plus frais. Le toit emprisonne la chaleur infrarouge, tout en laissant passer la lumière visible pour favoriser la photosynthèse . La deuxième partie du système a un autre évaporateur. L'eau de mer s'écoule du premier évaporateur qui la préchauffe et traverse ensuite le capteur solaire thermique sur le toit pour la réchauffer suffisamment avant de s'écouler vers le deuxième évaporateur. L'eau de mer, ou fluide caloporteur, circule dans un circuit composé d'évaporateurs, d'un tuyau de chauffage solaire et d'un condenseur avec une entrée d'eau de mer et une sortie d'eau douce. L'eau douce est produite par de l'air chaud et relativement humide qui peut produire suffisamment d'eau distillée pour l'irrigation. Le volume d'eau douce est déterminé par la température de l'air, l'humidité relative, le rayonnement solaire et le débit d'air. Ces conditions peuvent être modélisées avec des données météorologiques appropriées, permettant d'optimiser la conception et le processus pour tout emplacement approprié.

Applicabilité

La technique est applicable aux sites des régions arides proches de la mer. La distance et l'altitude de la mer doivent être évaluées en tenant compte de l'énergie nécessaire pour pomper l'eau vers le site. Il existe de nombreux emplacements appropriés sur les côtes; d'autres sont au-dessous du niveau de la mer, comme la mer Morte et la dépression de Qattara , où des projets hydroélectriques ont été proposés pour exploiter la pression hydraulique pour produire de l'électricité, par exemple le canal Mer Rouge-Mer Morte .

Études

En 1996, Paton et Davies ont utilisé la boîte à outils Simulink sous MATLAB pour modéliser la ventilation forcée de la serre à Tenerife, au Cap-Vert, en Namibie et à Oman. La serre est assistée par le vent dominant, le refroidissement par évaporation, la transpiration, le chauffage solaire, le transfert de chaleur à travers les murs et le toit et la condensation qui est analysée dans l'étude. Ils ont constaté que la quantité d'eau requise par les usines est réduite de 80 % et qu'il faut 2,6 à 6,4 kWh d'énergie électrique pour le m3 d'eau douce produit.

En 2005, Paton et Davis ont évalué les options de conception avec la modélisation thermique en utilisant le modèle des Émirats arabes unis comme référence. Ils ont étudié trois options : un écran perforé, un chemin d'air en forme de C et un réseau de tuyaux, pour trouver un meilleur circuit d'eau de mer pour refroidir l'environnement et produire la plus grande quantité d'eau douce. L'étude a révélé qu'un réseau de tuyaux donnait les meilleurs résultats : une diminution de la température de l'air de 1 °C, une diminution de la température radiante moyenne de 7,5 °C et une augmentation de la production d'eau douce de 63 %. Cela peut être mis en œuvre pour améliorer les serres d'eau de mer dans les régions chaudes et arides, comme le deuxième projet pilote aux Émirats arabes unis.

En 2018, Paton et Davis ont étudié l'utilisation de la saumure pour le refroidissement et la production de sel dans des serres d'eau de mer éoliennes afin de la concevoir et de la modéliser. La saumure rejetée par le dessalement de l'eau de mer peut perturber l'écosystème car la même quantité de saumure est produite que l'eau douce. En utilisant la méthode de valorisation de la saumure du flux d'air entraîné par le vent en refroidissant la serre par évaporation de l'eau de mer, du sel peut être produit comme le montre la figure 4. Cette saumure est le sous-produit de la production d'eau douce, mais peut également être l'ingrédient pour faire sel, ce qui en fait un produit qui peut être commercialisé.

Figure 4 : concept de base de serre d'eau de mer pour l'utilisation de la saumure.

Une autre découverte de cette recherche était l'importance du filet d'ombrage qui est modélisé par un film mince dans l'étude illustrée à la figure 5. Il fournit non seulement un refroidissement, mais allonge également le panache de refroidissement en contenant le panache d'air froid de l'évaporation. Tapis de refroidissement.

Figure 5 : Modèle géométrique du filet d'ombrage pour la détermination de la chute de pression montrant (a) le système de coordonnées local et (b) les plans de symétrie (lignes pointillées) utilisés pour simplifier la modélisation.

Voir également

Les références

Liens externes