Nova descoberta pode levar a uma dessalinização de água mais barata e eficiente

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(Créditos: Manki Kim/Unsplash)

Traduzido por Julio Batista
Original de David Nield para o ScienceAlert

Remover o sal da água do mar para torná-la própria para beber significa superar uma série de desafios científicos, incluindo otimizar a membrana usada para o processo de dessalinização – e novas pesquisas sobre essas membranas prometem tornar toda a operação mais barata e acessível no futuro.

Os cientistas descobriram uma maneira de tornar as membranas potencialmente 30-40 por cento mais eficientes em termos de energia necessária para filtrar a água. A chave para essa abordagem está na densidade das membranas em um nível de nanoescala.

Em um novo estudo, a equipe descreve que manter a densidade das membranas consistente é mais importante do que a espessura da própria membrana. Isso pode melhorar a técnica de limpeza com água conhecida como osmose inversa, em que os minerais são capturados e removidos por uma membrana por meio do uso de pressão.

O mapeamento de membrana 3D em nanoescala revelou a importância da densidade consistente. (Créditos: Enrique Gomez/Universidade Estadual da Pensilvânia)

“As membranas de osmose inversa são amplamente utilizadas para limpar água, mas ainda há muita coisa que não sabemos sobre elas”, disse o engenheiro ambiental Manish Kumar, da Universidade do Texas em Austin (EUA).

“Não podíamos realmente dizer como a água se move através delas, então todas as melhorias nos últimos 40 anos foram essencialmente feitas no escuro.”

Para obter uma visão mais clara dessas membranas, Kumar e seus colegas usaram uma técnica de microscopia eletrônica multimodal – combinando uma análise da composição química com mapeamento 3D em nanoescala – para modelar a eficiência com que a água poderia ser limpa.

A pesquisa foi motivada pela observação de que membranas mais espessas costumam ser melhores no trabalho de dessalinização, o que é contra-intuitivo, considerando que há mais material para a água atravessar.

O que a modelagem revelou foi que as inconsistências e ‘zonas mortas’ na membrana desempenharam um papel maior do que a espessura.

Se tivermos uma densidade das membranas uniformemente distribuída, mais água pode ser limpa com menos energia, sugerem os pesquisadores – economizando dinheiro para grandes corporações e consumidores de pequena escala, e permitindo maior acesso à tecnologia.

“Você pode ver como alguns lugares são mais ou menos densos em um filtro de café a olho nu, por exemplo”, disse o engenheiro químico Enrique Gomez, da Universidade Estadual da Pensilvânia (EUA).

“Em membranas de filtração, parece uniforme, mas não é assim em nanoescala, e a maneira que você controla essa distribuição de massa é realmente importante para o desempenho da filtração de água.”

A produção de água doce é vital não apenas para a saúde pública, mas também para uso na agricultura e na produção de energia. Bilhões de galões de água são limpos todos os anos, portanto, melhorias na eficiência de 30-40% podem fazer uma grande diferença.

A capacidade de mapear membranas em uma resolução tão pequena – menos da metade do diâmetro de uma fita de DNA, neste caso – significa que os cientistas agora têm uma compreensão muito mais refinada do que torna uma membrana melhor para a osmose inversa. Isso, por sua vez, deve basear pesquisas futuras para melhorar ainda mais a eficiência.

Existem inúmeras maneiras de limpar a água salgada para usá-la para outros fins, mas a abordagem do uso da membrana já é uma das mais eficientes. Os pesquisadores agora estão procurando maneiras de continuar a melhorar e personalizar esse método para usos específicos.

“A gestão da água doce está se tornando um desafio crucial em todo o mundo”, disse Gomez. “Escassez, secas – com o aumento dos padrões climáticos severos, espera-se que esse problema se torne ainda mais significativo”.

“É extremamente importante ter disponibilidade de água limpa, especialmente em áreas de poucos recursos”.

A pesquisa foi publicada na Science.