Engenheiros do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) e da China pretendem transformar a água do mar em água potável com um dispositivo completamente passivo inspirado no oceano e alimentado pelo sol. Esse sistema de dessalinização poderá produzir água doce mais barata que a água da torneira. Em um artigo publicado ontem na revista Joule, a equipe descreve o projeto de um novo sistema de dessalinização solar que absorve água salgada e a aquece com luz solar natural.
A configuração do dispositivo permite que a água circule em redemoinhos, de maneira semelhante à circulação “termossalina” do oceano. Essa circulação, combinada com o calor do sol, faz com que a água evapore, deixando o sal para trás. O vapor de água resultante pode então ser condensado e coletado como água pura e potável. Entretanto, o sal restante continua a circular através e fora do dispositivo, em vez de se acumular e obstruir o sistema.
O novo sistema tem uma taxa de produção de água mais elevada e uma taxa de rejeição de sal mais elevada do que todos os outros conceitos de dessalinização solar passiva atualmente em teste.
Os pesquisadores estimam que se o sistema for ampliado para o tamanho de uma mala pequena, poderá produzir cerca de 4 a 6 litros de água potável por hora e durar vários anos antes de exigir peças de reposição. Nesta escala e desempenho, o sistema poderia produzir água potável a uma taxa e preço mais baratos do que a água da torneira.
Pela primeira vez, é possível que a água produzida pela luz solar seja ainda mais barata do que a água da torneira, diz Lenan Zhang, cientista pesquisador do Laboratório de Pesquisa de Dispositivos do MIT.
A equipe prevê que um dispositivo ampliado poderia produzir passivamente água potável suficiente para atender às necessidades diárias de uma pequena família. O sistema também poderia abastecer comunidades costeiras fora da rede, onde a água do mar é facilmente acessível.
Os co-autores do estudo foram Zhang incluem Yang Zhong, estudante de pós-graduação do MIT, e Evelyn Wang, professora de engenharia da Ford, juntamente com Jintong Gao, Jinfang You, Zhanyu Ye, Ruzhu Wang e Zhenyuan Xu da Universidade Jiao Tong de Xangai, na China.
Uma convecção poderosa
O novo sistema da equipe melhora seu design anterior – um conceito semelhante de múltiplas camadas, chamadas estágios. Cada estágio continha um evaporador e um condensador que usava o calor do sol para separar passivamente o sal da água que entrava. Esse projeto, que a equipe testou no telhado de um prédio do MIT, converteu eficientemente a energia do sol na evaporação da água, que foi então condensada em água potável. Mas o sal que sobrou rapidamente se acumulou na forma de cristais que obstruíram o sistema depois de alguns dias. Num cenário real, um utilizador teria de colocar estágios com frequência, o que aumentaria significativamente o custo global do sistema.
Num esforço de acompanhamento, eles desenvolveram uma solução com uma configuração de camadas semelhante, desta vez com um recurso adicional que ajudava a circular a água que entrava, bem como qualquer sal restante. Embora esse projeto evitasse que o sal se depositasse e se acumulasse no dispositivo, dessalinizou a água a uma taxa relativamente baixa.
Na última iteração, a equipe acredita ter chegado a um projeto que atinge uma alta taxa de produção de água e uma alta rejeição de sal, o que significa que o sistema pode produzir água potável de forma rápida e confiável por um longo período. A chave para seu novo design é uma combinação de seus dois conceitos anteriores: um sistema multiestágio de evaporadores e condensadores, que também é configurado para aumentar a circulação de água – e sal – dentro de cada estágio.
Introduzimos agora uma convecção ainda mais poderosa, semelhante à que normalmente vemos no oceano, em escalas de quilômetros de extensão, diz Xu.
As pequenas circulações geradas no novo sistema da equipe são semelhantes à convecção “termossalina” no oceano – um fenômeno que impulsiona o movimento da água ao redor do mundo, com base nas diferenças de temperatura do mar (“termo”) e salinidade (“salina”).
“Quando a água do mar é exposta ao ar, a luz solar faz com que a água evapore. Depois que a água sai da superfície, o sal permanece. E quanto maior a concentração de sal, mais denso é o líquido, e essa água mais pesada quer fluir para baixo”, explica Zhang. “Ao imitar este fenômeno de quilômetros de extensão em uma pequena caixa, podemos aproveitar esse recurso para rejeitar o sal.”
Inovação
“Mostramos que este dispositivo é capaz de ter uma vida útil longa”, diz Zhong. “Isso significa que, pela primeira vez, é possível que a água potável produzida pela luz solar seja mais barata do que a água da torneira. Isto abre a possibilidade de a dessalinização solar resolver problemas do mundo real.”
“Esta é uma abordagem muito inovadora que mitiga eficazmente os principais desafios no campo da dessalinização”, afirma Guihua Yu, que desenvolve sistemas sustentáveis de armazenamento de água e energia na Universidade do Texas, em Austin, e não esteve envolvido na investigação. “O projeto é particularmente benéfico para regiões que enfrentam problemas com água altamente salinizada. Seu design modular o torna altamente adequado para a produção doméstica de água, permitindo escalabilidade e adaptabilidade para atender às necessidades individuais.”
O financiamento para a pesquisa na Universidade Jiao Tong de Xangai foi apoiado pela Fundação de Ciências Naturais da China.
Esse artigo foi originalmente desenvolvido pela Redação do MIT News. Leia o original.
