O descarte de salmoura continua sendo um dos problemas mais difíceis de resolver na dessalinização. As tecnologias convencionais, principalmente a osmose reversa, descartam aproximadamente metade da água processada, devolvendo ao oceano um fluxo de água salgada altamente concentrada que aumenta a salinidade, reduz o oxigênio dissolvido e perturba os ecossistemas bentônicos de maneiras que os órgãos reguladores em muitas regiões estão apenas começando a abordar.
O pré-tratamento químico adiciona ainda mais complexidade e custo.
Agora, pesquisadores da Universidade de Rochester afirmam ter desenvolvido um processo de dessalinização solar-térmica que contorna ambos os problemas : não requer aditivos químicos, não produz descarte de salmoura líquida e, como um benefício secundário que pode se mostrar economicamente significativo, recupera minerais dissolvidos, incluindo lítio em forma sólida, do resíduo dessalinizado.
O trabalho, publicado na revista Light: Science & Applications , foi liderado por Chunlei Guo, professor de óptica e física no Instituto de Óptica de Rochester. Sua principal inovação reside em uma lâmina de metal preto gravada por um laser de femtosegundo ultrarrápido, resultando em uma superfície super-hidrofílica (extremamente atrativa para a água) e capaz de absorver quase toda a luz solar incidente. Quando a água do mar é direcionada para a região “ativa” tratada do painel, a energia solar evapora a água, deixando para trás sais e minerais dissolvidos. Estes são então direcionados, propositalmente, para as bordas “passivas” não tratadas do painel, onde podem ser coletados em estado sólido.
Sua principal inovação reside em uma lâmina de metal preto gravada por um laser de femtosegundo ultrarrápido, resultando em uma superfície super-hidrofílica (extremamente atrativa para a água) e capaz de absorver praticamente toda a luz solar incidente.
O mecanismo que movimenta o sal foi inspirado, de forma improvável, na experiência cotidiana. “Se você pingar café em uma superfície, eventualmente a água evapora e fica um anel na borda externa com as partículas de café concentradas”, explica Guo. “Usamos esse mesmo princípio para conduzir os sais até a região passiva.” Os sulcos no metal gravado a laser são calibrados com precisão para que os diversos compostos minerais da água do mar, uma mistura muito mais complexa do que a simples solução de cloreto de sódio usada na maioria dos experimentos de dessalinização em laboratório, sejam direcionados para fora, em vez de se acumularem e obstruírem a superfície ativa.
Esse problema de entupimento tem atormentado projetos anteriores de dessalinização solar-térmica . Quando testados em água do mar real, em vez de simulantes de laboratório, os sistemas que funcionam bem em condições controladas tendem a falhar porque os compostos à base de magnésio e cálcio cristalizam em crostas densas e não porosas, em vez dos depósitos granulares soltos formados apenas pelo cloreto de sódio. Guo compara isso à incrustação que se acumula dentro de uma chaleira, com a diferença de que a água do mar contém cerca de cem vezes mais sais dissolvidos do que a água da torneira. A superfície autolimpante de sua equipe, demonstrada com amostras de água coletadas nos oceanos Pacífico, Atlântico e Índico, manteve sua eficiência sem exigir qualquer pré-tratamento químico da água de entrada.
As implicações para o destino dos sais residuais são significativas. A dessalinização convencional descarta a salmoura concentrada devolvendo-a ao mar, com consequências ambientais bem documentadas. O método de Guo extrai quase 100% dos minerais dissolvidos em forma sólida , transformando o que tradicionalmente era um passivo ambiental em um recurso potencial. O rendimento inclui sal de cozinha comum, mas também, e mais valioso, oligoelementos que podem ser separados e vendidos, entre eles o lítio.
O método de Guo extrai quase 100% dos minerais dissolvidos em forma sólida, transformando o que tradicionalmente era um problema ambiental em um recurso potencial.
Em um artigo relacionado, publicado simultaneamente no Journal of Materials Chemistry A , Guo e seus colegas descrevem como modificaram ainda mais os painéis de metal preto, incorporando nanopartículas de titanato de hidrogênio nos sulcos gravados a laser. Essas nanopartículas atuam como um filtro seletivo, capturando íons de lítio enquanto permitem a passagem de outros sais. Testando a técnica em água do Grande Lago Salgado de Utah, a equipe extraiu aproximadamente 50% do lítio presente no resíduo da dessalinização .
O momento é notável. A demanda por lítio, o principal material das baterias recarregáveis que alimentam veículos elétricos, smartphones e sistemas de armazenamento de energia em larga escala, aumentou consideravelmente nos últimos anos. A mineração convencional de lítio é cara, consome muita água e, muitas vezes, causa danos ao meio ambiente. Extraí-lo como subproduto da dessalinização poderia, em princípio, contribuir para a diversificação das cadeias de suprimentos, reduzindo, ao mesmo tempo, o custo da produção de água doce.
Guo é cauteloso quanto à abrangência dessas afirmações nesta fase. A tecnologia foi demonstrada apenas em dispositivos de prova de conceito em pequena escala, e o caminho do painel de laboratório para a usina de dessalinização industrial envolve desafios de engenharia e econômicos que a pesquisa ainda não aborda. Mas ele argumenta que o sistema é “inerentemente escalável” e que, ao contrário de muitos projetos de dessalinização solar, não requer nenhuma entrada de energia externa além da luz solar, nem quaisquer produtos químicos consumíveis.
Fonte: Smart Water Magazine
