Tecnologia transforma ar em água potável
A atmosfera da Terra contém um oceano de água, suficiente para encher o Grande Lago Salgado de Utah 800 vezes.
Extrair parte dessa umidade é visto como uma maneira potencial de fornecer água potável limpa a bilhões de pessoas em todo o mundo que enfrentam escassez crônica.
As tecnologias existentes para a colheita de água atmosférica (AWH) enfrentam diversos problemas relacionados ao tamanho, custo e eficiência. Porém, novas pesquisas de engenheiros mecânicos da Universidade de Utah trouxeram insights que podem melhorar a eficiência e aproximar o mundo de aproveitar o ar como uma fonte de água potável em locais áridos.
O estudo revela o primeiro dispositivo compacto de AWH a combustível com ciclo rápido. Este protótipo de dois estágios utiliza materiais adsorventes que extraem moléculas de água do ar não úmido e depois aplicam calor para liberar essas moléculas em forma líquida, segundo Sameer Rao, autor principal do estudo e professor assistente no John and Marcia Price College of Engineering.
“Materiais higroscópicos têm afinidade intrínseca com a água. Eles absorvem água onde quer que estejam. Um dos melhores exemplos é o material dentro de fraldas,” disse Rao, que é pai de um filho pequeno. “Trabalhamos com um tipo específico de material higroscópico chamado estrutura metal-orgânica.”
Rao comparou as estruturas metal-orgânicas a blocos de Lego, que podem ser reorganizados para construir diferentes estruturas. Nesse caso, elas são organizadas para criar uma molécula ideal para a separação de gases.
“Eles podem ser específicos para adsorver vapor d’água do ar e nada mais. São realmente seletivos,” disse Rao. Desenvolvido com o estudante de pós-graduação Nathan Ortiz, autor principal do estudo, este protótipo utiliza fumarato de alumínio, moldado em painéis que coletam água conforme o ar passa por eles.
“As moléculas de água ficam presas nas superfícies do nosso material, e isso é um processo reversível. Em vez de se incorporarem ao material, elas ficam nas paredes,” disse Ortiz. “O especial desses materiais absorventes é que eles têm uma enorme área de superfície interna. Há muitos locais para as moléculas de água ficarem presas.”
Apenas um grama desse material tem tanta área de superfície quanto dois campos de futebol, segundo Rao. Assim, uma pequena quantidade de material pode capturar muita água.
“Toda essa área de superfície está na escala molecular,” disse Rao. “E isso é ótimo para nós porque queremos capturar vapor d’água nessa área de superfície dentro dos poros desse material.”
O financiamento para a pesquisa veio do DEVCOM Soldier Center, um programa do Departamento de Defesa dos EUA para facilitar a transferência de tecnologia que apoie a modernização do Exército. O interesse do Exército no projeto decorre da necessidade de manter os soldados hidratados enquanto operam em áreas remotas com poucas fontes de água.
“Especificamente olhamos para isso para aplicações de defesa, para que os soldados tenham uma unidade compacta de geração de água e não precisem carregar um cantil grande cheio de água,” disse Rao. “Isso literalmente produziria água sob demanda.”
Rao e Ortiz registraram uma patente preliminar baseada na tecnologia, que também aborda necessidades não militares.
“Enquanto projetávamos o sistema, também consideramos o problema mais amplo da água. Não é apenas uma questão de defesa, é muito uma questão civil,” disse Rao. “Pensamos no consumo de água de uma residência para beber água por dia. Isso é cerca de 15 a 20 litros por dia.”
Neste conceito inicial, o protótipo alcançou a meta de produzir 5 litros de água por dia por quilograma de material adsorvente. Em três dias de campo, este dispositivo superaria a necessidade de carregar água, segundo Ortiz.
No segundo estágio do dispositivo, a água é precipitada em forma líquida aplicando calor com um fogão de acampamento padrão do Exército. Isso funciona devido à natureza exotérmica do processo de coleta de água.
“À medida que coleta água, libera pequenos bits de calor. E para reverter isso, adicionamos calor,” disse Ortiz. “Basta colocar uma chama embaixo, qualquer coisa para aumentar a temperatura. E então, à medida que aumentamos a temperatura, liberamos rapidamente as moléculas de água. Uma vez que temos um fluxo de ar muito úmido, a condensação à temperatura ambiente se torna muito mais fácil.”
Abundam tecnologias incipientes para a colheita de água atmosférica, mais facilmente realizadas quando o ar está úmido, mas nenhuma resultou em equipamentos práticos para uso em ambientes áridos. Ortiz acredita que seu dispositivo pode ser o primeiro, principalmente porque é alimentado com combustível denso em energia, como a gasolina branca usada em fogões de acampamento.
A equipe decidiu não usar painéis fotovoltaicos.
“Se você depende de painéis solares, está limitado à operação diurna ou precisa de baterias, o que só adiciona peso. Você continua acumulando desafios. Ocupa muito espaço,” disse Ortiz. “Esta tecnologia é superior em condições áridas, enquanto a refrigeração é melhor em alta umidade.”
