A equipe descreve o projeto de um novo sistema de dessalinização solar que absorve água salgada e a aquece com luz solar natural, conforme publicação na Joule. A configuração do dispositivo permite que a água circule em redemoinhos, de maneira semelhante à circulação “termohalina” muito maior 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 actualmente 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”, afirma 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 de 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 “termohalina” 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 (“halina”). ).
“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”.
Batendo
O coração do novo design da equipe é um estágio único que lembra uma caixa fina, coberto com um material escuro que absorve eficientemente o calor do sol. No interior, a caixa é separada em seções superior e inferior. A água pode fluir pela metade superior, onde o teto é revestido por uma camada evaporadora que utiliza o calor do sol para aquecer e evaporar qualquer água em contato direto. O vapor de água é então canalizado para a metade inferior da caixa, onde uma camada de condensação resfria o vapor em um líquido potável sem sal. Os pesquisadores inclinaram a caixa inteira dentro de um recipiente maior e vazio, depois anexaram um tubo da metade superior da caixa até o fundo do recipiente e fizeram o recipiente flutuar em água salgada.
Nesta configuração, a água pode naturalmente subir através do tubo e entrar na caixa, onde a inclinação da caixa, combinada com a energia térmica do sol, induz a água a girar à medida que flui. Os pequenos redemoinhos ajudam a colocar a água em contato com a camada superior de evaporação, ao mesmo tempo que mantêm o sal circulando, em vez de sedimentar e entupir.
A equipe construiu diversos protótipos, com um, três e 10 estágios, e testou seu desempenho em águas de salinidade variada, incluindo água do mar natural e água sete vezes mais salgada.
A partir destes testes, os investigadores calcularam que se cada fase fosse ampliada para um metro quadrado, produziria até 5 litros de água potável por hora, e que o sistema poderia dessalinizar a água sem acumular sal durante vários anos. Dada esta vida útil prolongada e o facto de o sistema ser totalmente passivo, não necessitando de eletricidade para funcionar, a equipa estima que o custo global de funcionamento do sistema seria mais barato do que o custo para produzir água canalizada nos Estados Unidos.
“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.”
O financiamento para a pesquisa na Universidade Jiao Tong de Xangai foi apoiado pela Fundação de Ciências Naturais da China
Leia também
Uma esponja de água doce reapareceu 30 anos depois sobre uma samambaia guardada em herbário e revelou que a planta havia passado semanas submersa
Um morcego chamado de “sem polegar” passou dez anos sendo observado em 100 cavernas de ferro e revelou um calendário reprodutivo fora do esperado
Antas engoliram sementes em uma área degradada da Amazônia e devolveram ao solo plantas que germinaram mais rápido do que as preparadas à mão
Aruanã salta mais de um metro para capturar insetos e aranhas em galhos baixos da Amazônia
Formigas e plantas refazem suas alianças quando a floresta alaga, e as parcerias ocasionais quase desaparecem no igapó
Abelhas expostas a pesticidas podem revelar danos ambientais antes que o impacto chegue à agricultura
Laser aéreo encontra 396 estruturas de terra sob a mata e coloca três municípios do Amazonas no mapa da arqueologia2
Um casarão e uma capela resistem ao abandono ao lado de trilho de trem, enquanto a mata encobre a antiga vila da borracha3
Cinquenta e cinco espécies nativas foram selecionadas para restaurar Rondônia e uma árvore usada havia sido confundida com ipê por mais de uma década4
Onze fígados de paca do Acre continham 57 cistos de um parasita e o hábito de oferecer vísceras cruas a cães revelou uma ponte até as casas5
Uma pequena ave coletada à direita do baixo Tocantins atravessou uma fronteira invisível e levou a ciência a prever perda de habitat nos próximos 40 anosGostou desta reportagem?
Marque Revista Amazônia como fonte preferencial e veja mais conteúdo nosso no Google.
