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Sistema movido a energia solar pode ser solução para dessalinização de baixo custo

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

quarta-feira, 16 fevereiro 2022 15:20

Áreas

Engenharia Ambiental. Sustentabilidade. Tecnologias.

Estima-se que dois terços da humanidade sejam afetados pela escassez de água, e muitas dessas áreas no mundo em desenvolvimento também enfrentam a falta de eletricidade confiável. Esforços de pesquisa generalizados se concentraram, portanto, em maneiras de dessalinizar a água do mar ou água salobra usando apenas a energia solar. No entanto, muitos desses esforços tiveram problemas com a incrustação do equipamento causada pelo acúmulo de sal, o que muitas vezes aumenta a complexidade e os custos.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, e da China encontrou uma solução para o problema do acúmulo de sal e desenvolveu um sistema de dessalinização que é mais eficiente e tem menor custo do que os métodos anteriores de dessalinização solar. O processo também pode ser usado para tratar águas residuais contaminadas ou gerar vapor para esterilização de instrumentos médicos, tudo sem exigir nenhuma fonte de energia além da própria luz solar. As descobertas foram publicadas na revista científica Nature Communications. 

“Houve muitas demonstrações de projetos de evaporação baseados em energia solar de alto desempenho e rejeição de sal de vários dispositivos. O desafio tem sido a questão da incrustação de sal, que as pessoas realmente não abordaram. Então, vemos esses números de desempenho muito atraentes, mas geralmente são limitados por causa da longevidade. Com o tempo, as coisas vão estragar”, disse a Dra. Evelyn Wang, professora de Engenharia Mecânica do MIT.

Muitas tentativas de sistemas de dessalinização solar dependem de algum elemento para atrair a água salina através do dispositivo, mas esses elementos são vulneráveis ​​ao acúmulo de sal e relativamente difíceis de limpar. A equipe se concentrou no desenvolvimento de um sistema sem esse tipo de elemento. O resultado é um sistema em camadas, com material escuro no topo para absorver o calor do sol, depois uma fina camada de água acima de uma camada porosa (perfurada) de material, sobre um reservatório profundo de água salgada, como um tanque ou uma lagoa. Após cálculos e experimentos, os pesquisadores determinaram o tamanho ideal para os furos feitos no material poroso, que nos testes era o poliuretano. Com 2,5 milímetros de diâmetro, esses furos podem ser facilmente feitos usando jatos de água comumente disponíveis.

Os orifícios são grandes o suficiente para permitir uma circulação convectiva natural entre a camada superior de água mais quente e o reservatório mais frio abaixo. Essa circulação naturalmente atrai o sal da fina camada acima para o corpo de água muito maior abaixo, onde fica bem diluído e não é mais um problema. “Isso nos permite alcançar alto desempenho e ainda evitar esse acúmulo de sal”, disse a professora Evelyn Wang.

O Dr. Xiangyu Li, coautor do estudo, disse que as vantagens deste sistema são “tanto o alto desempenho quanto a operação confiável, especialmente sob condições extremas, onde podemos realmente trabalhar com água salina próxima à saturação. E isso significa que também é muito útil para o tratamento de águas residuais.”

O pesquisador acrescentou que muito trabalho nessa dessalinização movida a energia solar se concentrou em novos materiais. “Mas, no nosso caso, usamos materiais realmente de baixo custo, quase domésticos.” A chave foi analisar e entender o fluxo convectivo que impulsiona esse sistema totalmente passivo. “As pessoas dizem que você sempre precisa de novos materiais, caros ou estruturas complicadas ou estruturas de absorção para fazer isso. E este é, eu acredito, a primeira solução que faz isso sem estruturas de absorção”, completou o pesquisador.

Essa nova abordagem “fornece um caminho promissor e eficiente para a dessalinização de soluções de alta salinidade e pode ser um divisor de águas na dessalinização de água pela energia solar”, disse o Dr. Hadi Ghasemi, professor de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade de Houston, que não participou do trabalho. “Mais trabalho é necessário para a avaliação desse conceito em grandes ambientes e em grandes escalas”, acrescentou o professor Hadi.

Assim como o ar quente sobe e o ar frio desce, explicou a professora Evelyn Zhang, a convecção natural impulsiona o processo de dessalinização neste dispositivo. Na camada de água confinada perto do topo, “a evaporação acontece na interface superior. Por causa do sal, a densidade da água na interface superior é mais alta e a água do fundo tem densidade mais baixa. Portanto, esta é uma força motriz original para essa convecção natural, porque a densidade mais alta no topo faz com que o líquido salgado desça.” A água evaporada do topo do sistema pode então ser coletada em uma superfície de condensação, fornecendo água fresca pura.

A rejeição de sal para a água abaixo também pode causar perda de calor no processo, evitando que isso necessite de uma engenharia mais cuidadosa, como fazer a camada perfurada de material ser altamente isolante para manter o calor concentrado acima. O aquecimento solar na parte superior é realizado através de uma simples camada de tinta preta.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do MIT (em inglês).

Fonte: David L. Chandler, MIT News Office. Imagem: Divulgação, MIT.