Com a crescente crise hídrica global, agravada pelas mudanças climáticas, pesquisadores buscam soluções nos oceanos, que cobrem cerca de 70% do planeta. Transformar a água salgada em doce, porém, não é uma tarefa simples. Agora, pesquisadores do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, e da Universidade de Tong, na China, desenvolveram um método de dessalinização passivo — o sistema opera sozinho —, capaz de fornecer quase 6l de água potável por hora, para cada metro quadrado de coleta. Segundo os cientistas, trata-se de um método de baixo custo, com potencial de beneficiar especialmente áreas costeiras áridas.
Descrito em um artigo publicado na revista Energy and Environmental Science, o sistema utiliza várias camadas de evaporadores e condensadores solares planos, alinhados em uma matriz vertical e cobertos com isolamento transparente de aerogel. Parece complexo, mas os pesquisadores garantem que é simples e com custo bem mais baixo que as tecnologias preexistentes.
“A chave para a eficiência do sistema está na maneira como ele usa cada um dos vários estágios para dessalinizar a água”, conta Lenan Zhang, estudante de doutorado do MIT e um dos autores do artigo. “Em cada um deles, o calor liberado pelo estágio anterior é aproveitado, em vez de desperdiçado. Dessa forma, o dispositivo pode alcançar uma eficiência geral de 385% na conversão da energia da luz solar em energia de evaporação da água”, observa.
Reciclagem
Ele explica que o sistema é, essencialmente, um captador solar multicamadas, que opera com um conjunto de evaporadores e condensadores, como os usados para destilar bebidas alcoólicas. O dispositivo usa telas planas para absorver o calor do Sol, e, depois, o transfere para uma camada de água, que começa a evaporar. O vapor, então, condensa no próximo painel. Essa água é coletada, enquanto que a energia produzida pelo calor da condensação é passada para a próxima camada.
“Sempre que o vapor se condensa na superfície, ele libera calor; em condensadores típicos, esse calor é simplesmente perdido para o meio ambiente. Mas, no evaporador multicamada, o calor liberado flui para a próxima camada, reciclando a energia solar e aumentando a eficiência geral”, diz Zhang. “Quando você condensa a água, libera energia como calor. Se você adicionar mais de um estágio no processo, poderá aproveitar esse calor”, afirma Evelyn Wang, professora do Departamento de Engenharia do MIT.
Embora adicionar mais camadas aumente a eficiência da conversão de água salgada para potável, cada uma delas também aumenta os custos e o volume do sistema. Como prova de conceito — um modelo prático para testar uma teoria —, os pesquisadores apostaram em um dispositivo de 10 etapas, testado em um telhado do prédio do MIT. O equipamento foi capaz de fornecer água pura que excedia os padrões de qualidade da água potável da cidade, a uma taxa de 5,78 litros por metro quadrado de área de coleta solar.
“Isso é mais do que o dobro da quantidade recorde produzida anteriormente por qualquer sistema passivo de dessalinização movido a energia solar”, assinala Wang. Teoricamente, com mais estágios de dessalinização e alguns ajustes, os sistemas podem atingir níveis de eficiência de 700% ou 800%, acrescenta Zhang.
A unidade de demonstração foi construída com materiais baratos e facilmente disponíveis, como um absorvedor solar preto comercial e toalhas de papel, como as usadas na cozinha. Na maioria das outras tentativas de se criar sistemas passivos de dessalinização solar, o material absorvedor e o absorvente são um componente único, o que requer suprimentos especializados e caros, diz Wang.
O componente mais caro do protótipo é uma camada de aerogel transparente usada como isolante, mas a equipe sugere que outros equipamentos com menor preço possam ser usados como alternativa. O próprio aerogel é feito de sílica barata, mas requer uma peça de secagem especial para sua fabricação, o que encarece o produto.
Evelyn Wang destaca que a principal contribuição da equipe foi criar um modelo que permitiu entender como melhorar os sistemas passivos de vários estágios. De acordo com ela, as fórmulas desenvolvidas têm potencial para serem aplicadas a uma variedade de arquiteturas de materiais e dispositivos, permitindo uma otimização adicional dos sistemas, com base em diferentes escalas de operação ou condições e materiais locais.
Uso familiar
Uma configuração possível, diz a professora do MIT, seria painéis flutuantes em um corpo de água salgada, como um lago de represa. Esses equipamentos poderiam, constantemente e passivamente, fornecer água fresca, desde que expostos diariamente à luz solar. Outros sistemas poderiam ser projetados para atender a uma única família, usando uma tela plana em um grande tanque raso de água do mar, bombeada ou transportada.
A equipe estima que um sistema com uma área de coleta solar de aproximadamente 1 metro quadrado possa atender às necessidades diárias de água potável de uma pessoa. Quanto à produção, os cientistas calculam que um sistema familiar pode ser construído por cerca de US$ 100.
Agora, eles pretendem testar a durabilidade do sistema em condições realistas. A equipe também trabalhará na tradução do design do dispositivo em escala de laboratório para algo que seja adequado para o uso dos consumidores. “A esperança é que um sistema como esse alivie a escassez de água em partes do mundo em desenvolvimento, onde a eletricidade é escassa, mas a água do mar e a luz solar são abundantes”, explica Evelyn Wang.