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Nova tecnologia permite captação de água do ar (seco)

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Fonte

MIT

Data

segunda-feira, 17 abril 2017 19:00

Áreas

Biotecnologia. Bioquímica. Engenharia Hídrica. Meio Ambiente

A grave escassez de água já afeta muitas regiões ao redor do mundo, e espera-se que esta questão seja cada vez mais crítica à medida que a população cresce e o clima aquece. Mas uma nova tecnologia desenvolvida por cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade da Califórnia em Berkeley poderá oferecer uma nova maneira de obter água limpa em quase qualquer lugar da Terra diretamente da umidade do ar e mesmo em locais muito secos.

Já existem tecnologias para extrair água de ar muito úmido, como sistemas que foram implantados em vários locais costeiros. E há maneiras muito caras de remover a umidade do ar mais seco. Mas o novo método é o primeiro que tem potencial para uso generalizado em praticamente qualquer local, independentemente dos níveis de umidade, dizem os pesquisadores. Eles desenvolveram um sistema completamente passivo desenvolvido a partir de um material parecido com uma espuma, que atrai a umidade para seus poros e é alimentado inteiramente pela energia solar.

As descobertas foram publicadas na revista Science por uma equipe incluindo a Dra. Evelyn Wang, professora de engenharia mecânica do MIT, o Dr. Sameer Rao, o estudante de graduação Hyunho Kim e os pesquisadores Dr. Sungwoo Yang e Dr. Shankar Narayanan (que estão atualmente no Instituto Politécnico Rensselaer). Os co-autores de Berkeley incluem estudantes de pós-graduação Eugene Kapustin,o Dr. Hiroyasu Furukawa, e professor de química Dr. Omar Yaghi.

O método conhecido como “coleta de nevoeiro”, que está sendo usado em muitos países, incluindo o Chile e Marrocos, exige ar muito úmido, com uma umidade relativa de 100%, explica a Dra. Evelyn Wang. Mas este ar saturado de água estaria disponível apenas em regiões muito limitadas. Um outro método de obtenção de água em regiões secas é chamado de “coleta de orvalho”, em que uma superfície é resfriada de modo que a água se condensará sobre ela, como acontece na parte de fora de um copo frio em um dia quente de verão, mas “Para manter a superfície fria, diz ela, gasta-se muita energia e, mesmo assim, o método pode não funcionar em uma umidade relativa inferior a cerca de 50 por cento. O novo sistema não tem essas limitações”.

Para um ar mais seco, que é comum em regiões áridas ao redor do mundo, nenhuma tecnologia anterior forneceu uma maneira prática de conseguir água. “Há áreas desérticas em todo o mundo com cerca de 20 por cento de umidade”, onde a água potável é uma necessidade urgente, mas não há realmente uma tecnologia disponível que poderia preencher essa necessidade”, diz a Dra. Evelyn. O novo sistema, por outro lado, é “completamente passivo – tudo o que você precisa é luz solar”, sem necessidade de uma fonte de energia externa e sem partes móveis.

Na verdade, o sistema nem sequer precisa da luz solar – tudo o que precisa é de alguma fonte de calor, que poderia até ser um fogo de lenha. “Há muitos lugares onde há biomassa disponível para queimar e onde a água é escassa”, diz Rao.

A chave para o novo sistema reside no próprio material poroso, que faz parte de uma família de compostos conhecidos como estruturas metal-orgânicas (MOFs). Inventado pelo Dr. Yaghi há duas décadas, estes compostos formam uma espécie de configuração tipo esponja com grandes áreas de superfície internas. Ajustando a composição química exata do material, estas superfícies podem se tornar hidrofílicas (que possuem atração pela água). A equipe descobriu que quando este material é colocado entre uma superfície superior que é pintada de preto para absorver o calor solar e uma superfície inferior que é mantida à mesma temperatura que o ar exterior, a água é liberada dos poros como vapor e é naturalmente conduzida pela diferença de temperatura e concentração para escorrer como líquido e recolher na superfície inferior mais fria.

Os testes mostraram que um quilograma do material poderia coletar cerca de três litros de água por dia, o suficiente para fornecer água para uma pessoa, a partir de ar muito seco com uma umidade de apenas 20 por cento. Tais sistemas exigiriam somente a atenção para coletar a água, para abrir o dispositivo deixar e para começar o ciclo seguinte.

Outra característica interessante da aplicação é que os MOFs podem ser feitos pela combinação de muitos metais diferentes com qualquer entre centenas de compostos orgânicos, produzindo uma variedade praticamente ilimitada de composições diferentes, o que pode ser “ajustado” para atender a uma necessidade particular. Até agora mais de 20.000 variedades de MOFs foram feitas.

“Ao projetar cuidadosamente este material, podemos ter propriedades de superfície que podem absorver a água com eficiência para uma umidade de 50%, mas com um design diferente, ele pode trabalhar em até 30%”, diz Hyunho Kim. “Ao selecionarmos os materiais certos, podemos torná-los adequados para diferentes condições. Eventualmente, podemos colher água de todo o espectro das concentrações de água”, diz ele.

O Dr. Yaghi, que é o diretor fundador do Berkeley Global Science Institute, diz: “Uma visão para o futuro é você ter água fora da rede de abastecimento, onde você tem um dispositivo que usa energia solar e que pode gerar água para as necessidades de uma casa . … Para mim, isso será possível graças a essa experiência. Eu chamo isso de água personalizada”.

Enquanto essas experiências iniciais provaram que o conceito pode funcionar, a equipe diz que há mais trabalho a ser feito no refinamento do projeto e na busca de variedades ainda mais eficazes de MOFs. A versão atual pode coletar a água até aproximadamente 25 por cento de seu próprio peso, mas com outros ajustes os pesquisadores acham que a proporção poderia ser pelo menos dobrada.

“Uau, essa é uma tecnologia incrível”, diz Yang Yang, professor de engenharia da Universidade da Califórnia em Los Angeles, que não esta envolvido nesta pesquisa. “Terá um impacto científico e técnico tremendo em recursos renováveis e sustentáveis.”

Assista ao vídeo de apresentação do projeto (em inglês, mas podem ser selecionadas legendas em português):

Fonte: David  Chandler, MIT News Office. Imagem: Reprodução.

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