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Da água do mar à água potável: novo dispositivo de dessalinização é portátil e não usa filtros

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

sexta-feira, 29 abril 2022 12:45

Áreas

Hidrologia. Inteligência Artificial. Qualidade da Água. Recursos Hídricos. Tecnologias.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, desenvolveram uma unidade portátil de dessalinização, pesando menos de 10 quilos, que pode remover partículas e sais para gerar água potável.

O dispositivo, do tamanho de uma mala, requer menos energia para funcionar do que um carregador de celular, também pode ser acionado por um pequeno painel solar portátil (que pode ser comprado separadamente) e gera automaticamente água potável que excede os padrões de qualidade da Organização Mundial da Saúde. A tecnologia fica compactada em um dispositivo amigável que funciona com o apertar de um botão.

Ao contrário de outras unidades portáteis de dessalinização que exigem que a água passe por filtros, este dispositivo utiliza energia elétrica para remover partículas da água potável. A eliminação da necessidade de substituição de filtros reduz consideravelmente os requisitos de manutenção em longo prazo.

Isso pode permitir que a unidade seja implantada em áreas remotas e com recursos severamente limitados, como comunidades em pequenas ilhas ou a bordo de navios de carga marítimos. Também poderia ser usado para ajudar refugiados que fogem de desastres naturais ou por soldados que realizam operações militares de longo prazo.

“Este é realmente o culminar de uma jornada de 10 anos em que eu e meu grupo estivemos. Trabalhamos durante anos na física por trás dos processos individuais de dessalinização, mas colocar todos esses avanços em uma caixa, construir um sistema e demonstrá-lo no oceano, foi uma experiência realmente significativa e gratificante para mim ”, disse o Dr. Jongyoon Han, autor sênior do estudo, professor de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação e de Engenharia Biológica e pesquisador do Laboratório de Pesquisa em Eletrônica (RLE) do MIT.

Os resultados da pesquisa foi publicada na revista científica Environmental Science and Technology.

Tecnologia não usa filtro

As unidades de dessalinização portáteis disponíveis comercialmente normalmente exigem bombas de alta pressão para empurrar a água através dos filtros, que são muito difíceis de miniaturizar sem comprometer a eficiência energética do dispositivo, explicou o Dr. Junghyo Yoon, primeiro autor do artigo e pesquisador do RLE/MIT.

Em vez disso, a unidade conta com uma técnica chamada polarização de concentração de íons (ICP), que foi iniciada pelo grupo do professor Han há mais de 10 anos. Em vez de filtrar a água, o processo ICP aplica um campo elétrico às membranas colocadas acima e abaixo de um canal de água. As membranas repelem partículas carregadas positiva ou negativamente – incluindo moléculas de sal, bactérias e vírus – à medida que passam. As partículas carregadas são canalizadas para uma segunda corrente de água que é eventualmente descarregada.

O processo remove sólidos dissolvidos e suspensos, permitindo que a água limpa passe pelo canal. Uma vez que requer apenas uma bomba de baixa pressão, o ICP usa menos energia do que outras técnicas.

Mas o ICP nem sempre remove todos os sais que flutuam no meio do canal. Assim, os pesquisadores incorporaram um segundo processo, conhecido como eletrodiálise, para remover os íons de sal restantes.

Os pesquisadores usaram o aprendizado de máquina para encontrar a combinação ideal de módulos ICP e eletrodiálise. Após o estudo, a configuração ideal usa um processo ICP de dois estágios, com água fluindo através de seis módulos no primeiro estágio e depois por mais três no segundo estágio, e então seguido por um único processo de eletrodiálise. Isso minimizou o uso de energia, garantindo que o processo permaneça autolimpante.

“Embora seja verdade que algumas partículas carregadas possam ser capturadas na membrana de troca iônica, se ficarem presas, apenas invertemos a polaridade do campo elétrico e as partículas carregadas podem ser facilmente removidas”, explicou o Dr. Junghyo Yoon.

Eles encolheram e empilharam os módulos ICP e eletrodiálise para melhorar sua eficiência energética e permitir o encaixe em um dispositivo portátil. Os pesquisadores projetaram o dispositivo para não especialistas, com apenas um botão para iniciar o processo automático de dessalinização e purificação. Uma vez que o nível de salinidade e o número de partículas diminuam para limites específicos, o dispositivo notifica o usuário que a água está potável.

Os pesquisadores também criaram um aplicativo de smartphone que pode controlar a unidade sem fio e relatar dados em tempo real sobre consumo de energia e salinidade da água.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Adam Zewe, MIT News Office. Imagem: Oscar Keys via Unsplash.