Sistema de dessalinização solar capaz de produzir água doce mais barata que água encanada
(news.mit.edu)- Pesquisadores do MIT e da China buscam transformar água do mar em água potável com um dispositivo passivo de dessalinização movido a energia solar, evitando o entupimento por sal recorrente em projetos anteriores
- O novo dispositivo cria, dentro de um aparelho pequeno, um fluxo em vórtice semelhante à circulação termohalina dos oceanos, e obtém água doce evaporando e condensando a água com calor solar
- O sal restante não se acumula internamente; ele continua circulando e é expelido, enquanto as taxas de produção de água e de remoção de sal são maiores que as de outros conceitos de dessalinização solar passiva em teste
- Se ampliado para o tamanho de uma mala de viagem pequena, estima-se que produza cerca de 4 a 6 litros de água potável por hora e opere por anos sem peças de reposição
- Por ser um sistema totalmente passivo que não usa eletricidade, pode mirar a demanda diária de água potável de áreas costeiras fora da rede elétrica ou de pequenas residências
Dispositivo passivo de dessalinização que funciona apenas com energia solar
- Pesquisadores do MIT e da China desenvolveram um dispositivo totalmente passivo que transforma água do mar em água potável
- O dispositivo aquece água salgada com luz solar natural, evapora a água e depois condensa o vapor para coletar água potável
- Os resultados da pesquisa foram publicados no artigo da Joule Extreme salt-resisting multistage solar distillation with thermohaline convection
- Estima-se que, ao ampliar o sistema para o tamanho de uma mala de viagem pequena, ele possa produzir cerca de 4 a 6 litros de água potável por hora
- Nessa escala e com esse desempenho, a água produzida por energia solar pode ficar mais barata que a água encanada
Circulação termohalina implementada dentro de uma pequena caixa
- O novo sistema foi inspirado na circulação termohalina dos oceanos
- No mar, diferenças de temperatura e salinidade alteram a densidade da água, e essa diferença cria fluxos de água em escala global
- Quando a água do mar fica exposta ao ar, a luz solar evapora a água, e o sal restante aumenta a salinidade, fazendo a água mais pesada fluir para baixo
- Os pesquisadores reproduziram esse fenômeno dentro de um pequeno dispositivo e o usaram para a remoção do sal
- O calor solar e a inclinação do dispositivo criam um fluxo em vórtice na água; esse fluxo faz a água tocar a camada de evaporação, enquanto o sal não sedimenta e continua circulando
Limitações do projeto anterior e melhorias desta versão
- O projeto anterior dos pesquisadores usava evaporadores e condensadores compostos por vários estágios
- O desenho testado no telhado de um prédio do MIT usava a energia solar de forma eficiente para evaporar a água
- Porém, o sal restante se acumulava em cristais em poucos dias e bloqueava o sistema
- Em ambientes reais, os usuários teriam de substituir os estágios com frequência, o que poderia elevar bastante o custo total
- Um projeto posterior adicionou a função de circular a água e o sal restante para impedir a precipitação de sal
- No entanto, a velocidade de dessalinização da água era relativamente baixa
- O projeto mais recente combina as duas abordagens
- Mantém a estrutura de evaporadores e condensadores em vários estágios
- Reforça a circulação da água e do sal dentro de cada estágio
- Busca, ao mesmo tempo, uma alta taxa de produção de água e uma alta taxa de remoção de sal
Estrutura do dispositivo e modo de funcionamento
- A unidade principal é um estágio único em forma de caixa fina
- Na parte superior, há um material escuro que absorve o calor solar com eficiência
- O interior é dividido em uma seção superior e uma inferior
- A camada de evaporação da seção superior aquece e evapora a água que entra em contato direto com o calor solar
- A camada de condensação da seção inferior condensa o vapor de água por resfriamento a ar, transformando-o em água potável sem sal
- Os pesquisadores posicionaram toda a caixa inclinada dentro de um grande recipiente vazio, conectaram um tubo que vai da parte superior da caixa à parte inferior do recipiente e então fizeram o recipiente flutuar sobre a água salgada
- Nessa configuração, a água sobe naturalmente pelo tubo para dentro da caixa, e a combinação de inclinação e calor solar cria pequenos vórtices no interior
Resultados dos testes e estimativa de custos
- Os pesquisadores construíram protótipos de 1, 3 e 10 estágios e testaram o desempenho em água com diferentes salinidades
- Os testes incluíram água do mar natural e água 7 vezes mais salgada que a água do mar
- Com base nos resultados dos testes, calcularam que, ao ampliar cada estágio para 1 metro quadrado, seria possível produzir até 5 litros de água potável por hora
- Calcula-se que o sistema possa dessalinizar água por anos sem acumular sal
- Como é um sistema totalmente passivo, que não usa eletricidade, e tem vida útil longa, estima-se que possa operar a um custo menor que o custo de produção de água encanada nos EUA
Possibilidades de aplicação e avaliação externa
- O dispositivo ampliado pode produzir passivamente uma quantidade de água potável suficiente para atender à demanda diária de uma família pequena
- Pode ser usado como fonte de abastecimento de água em áreas costeiras fora da rede elétrica com fácil acesso à água do mar
- Guihua Yu, da University of Texas at Austin, avaliou que essa abordagem mitiga grandes desafios da dessalinização e é especialmente vantajosa para regiões que enfrentam problemas com água de alta salinidade
- O design modular é adequado à produção doméstica de água e pode oferecer escalabilidade e adaptabilidade conforme a demanda individual
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Não quero diminuir a inovação em si, mas, pelo que sei, um dos grandes desafios ainda presentes na dessalinização costuma ser o que fazer com o efluente, que é uma salmoura de alta salinidade.
Se for despejada de volta no mar, pode causar perturbações no ecossistema local. Há também um artigo relacionado da Scientific American: https://www.scientificamerican.com/article/slaking-the-world...
“O excesso de sal reduz o oxigênio dissolvido na água, sufocando animais do fundo do mar”, “além de prejudicar a vida marinha, salinidades extremas também tornam a dessalinização da água mais difícil e cara”
Eu não chamaria necessariamente isso de um problema sem solução. Construir um estacionamento pode perturbar mais o ecossistema.
Por exemplo, a costa da California é um lugar que não deveria ter escassez de água, pois é um estado com abundância de energia solar e eólica limpa e acesso a todo o Pacífico para dessalinização; a profundidade aumenta rapidamente a apenas algumas milhas da costa. Ali, seria difícil alterar a salinidade da água do mar de forma mensurável, mesmo que se quisesse.
Portanto, a solução é tubulação e bombas. O custo aumenta, mas fora isso é um problema totalmente solucionável. Esgotar fontes naturais de água, como águas subterrâneas e aquíferos, também tem impactos grandes. Uma dessalinização bem feita pode dar a partes de ecossistemas sob estresse a chance de se recuperar.
Mesmo que a água produzida por esse processo seja próxima de água destilada, sem os minerais necessários para água potável, se ela for barata e escalável o bastante, India, países árabes e países do Norte da África poderiam injetar essa água limpa no subsolo e misturá-la com a pouca água doce restante em suas terras.
Se configurarem o sistema para produzir 100 milhões de litros por dia e bombearem para o subsolo no interior, provavelmente poderiam repor o lençol freático o suficiente enquanto a Terra adiciona os minerais necessários por conta própria.
Com essa água, também seria possível plantar árvores onde originalmente isso não seria viável.
A dessalinização passiva poderia ser uma forma de fazer o bootstrap de ecossistemas locais em ambientes áridos até um nível autossustentável?
A expressão “mais barata que água da torneira” é confusa. Cresci em uma ilha que usava dessalinização, e essa era justamente a nossa água da torneira.
O primeiro título pode ser caça-cliques. Eu também quero clickbait melhor, mas também quero saber o que diabos está acontecendo. “Produzimos água potável ilimitada e gratuita!” => “Remoção de resíduos de sal em destilador solar”
Por que a cada 3 ou 4 anos aparece nas notícias uma nova invenção de dessalinização mais barata?
A maioria dos países começou a lidar com forte estresse hídrico. Isso é ainda mais verdadeiro agora que as estações já não seguem exatamente os padrões antigos. Secas repentinas podem paralisar quase todo o abastecimento de água, e o bombeamento excessivo de águas subterrâneas faz o solo afundar. Basta ver o problema de dolinas aleatórias na China por causa da subsidência do solo.
A dessalinização moderna da água é relativamente nova, então há bastante espaço para crescimento tecnológico. Também é atraente em termos de patentes para sistemas melhores, e sempre há mercado.
A Nestle Strawman Inc. acabou de comprar essa patente. Eu gostaria que houvesse mais países permitindo violação de propriedade intelectual para que o avanço tecnológico florescesse.
Lavar o sal acumulado? Sal marinho é vendido por uns 3 dólares a libra.
Essa demanda é bastante limitada. Quanto sal a mais você usaria só porque pode comprá-lo por 1,50 dólar a libra?
Já o que esse dispositivo produz é “água do mar concentrada”. Tudo o que estava originalmente na água do mar — algas, fezes de peixes, poluição por plástico etc. — continua lá.
Se virmos isso como uma “caixa-preta”, a fonte de calor, o Sol, aquece toda a água. Se 10% da água evapora e condensa em uma área de armazenamento, o restante fica apenas 0,35% mais salgado em relação à salinidade original de 3,5% e conserva o calor.
Se 10% for descartado e substituído por água do mar fria com salinidade de 3,5%, mas o descarte passar por um trocador de calor em contracorrente, o calor armazenado será mantido e os 0,35% adicionais de salinidade se tornarão um efluente trivial que se dispersará.
O maior problema é que algas e organismos marinhos em suspensão logo se multiplicarão e bloquearão todas as superfícies. Quem já teve aquários de água salgada ou doce sabe que isso vira um problema. Este sistema funcionará até surgirem problemas de algas — e antes ainda dos problemas com larvas de conchas, mexilhões e cracas comuns na água do mar.
Alguém sabe onde encontrar o artigo original ou o projeto?
Acho que é este artigo: https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00360-4
Vou começar procurando se eles patentearam esse sistema. Não consigo pesquisar agora, mas, para acreditar minimamente na possibilidade de sucesso no mundo real, patentes e licenciamento para uma startup relacionada são etapas mínimas.