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Um caminhante fica desorientado durante uma caminhada no deserto quando se depara com uma poça seca deixada por uma chuva recente.
Consumido pela sede, milhas de casa, o caminhante deve decidir se bebe e corre o risco de infecção de qualquer bactéria que esteja na poça, ou sofrer desidratação. Mas esse caminhante pode um dia ser capaz de beber sem preocupações, graças a um novo tipo de purificador de água que usa luz solar e água para produzir peróxido de hidrogênio, um anti-séptico poderoso e comum.
O purificador de água experimental, desenvolvido no laboratório de Xiaolin Zheng, professor associado de engenharia mecânica, é uma variante do processo mais conhecido de usar energia solar para dividir a água em hidrogênio, um combustível de queima limpa, e oxigênio, um elemento de sustentação da vida. Mas, como a equipe descreve no jornal Materiais de energia avançada , em vez de dividir totalmente o oxigênio e o hidrogênio, o novo processo reduz o oxigênio e oxida a água para produzir peróxido de hidrogênio, ou H 2 O 2 .
Mesmo uma pequena quantidade irá purificar a água, ela diz. O peróxido de hidrogênio desinfeta a água a um nível de dezenas de partes por milhão. Isso é cerca de duas colheres de sopa em 25 galões de água. Em testes com água da torneira, o sistema de Stanford alcançou facilmente bem mais de 400 partes por milhão de H 2 O 2 em cinco horas.
Zheng diz que a equipe terá que mudar alguns dos materiais no processo para tornar sua mistura de água comum e peróxido de hidrogênio segura para beber. Mas eles pensam que um dia, uma pessoa com sede desesperada poderia retirar seu purificador solar leve, despeje algum H2O suspeito e, dado tempo suficiente, produzir H suficiente 2 O 2 através do processo ativado pelo sol para transformar qualquer água doce em um verdadeiro oásis.
Além de futuras aplicações de água potável, Zheng e Xinjian Shi, o estudante de graduação liderando o projeto, também imagine que seu sistema pode ser adaptado em piscinas autossustentáveis purificadas com peróxido de hidrogênio criado pelo sol em vez de cloro, ou estações de purificação de água movidas a energia solar para uso em regiões em desenvolvimento onde a água doce é um bem precioso.
Abundante matéria-prima
O protótipo consistia em dois eletrodos, um ânodo e um cátodo, empurrado para a água. O ânodo era feito de vanadato de bismuto (BiVO4), um semicondutor fotossensível. O carbono simples serviu de cátodo. Quando exposto à luz solar, o semicondutor vanadato de bismuto enviou elétrons carregados negativamente fluindo em direção ao cátodo, enquanto portadores carregados positivamente - ou "buracos" como são conhecidos na física - fluíram de volta para o ânodo. O fluxo de elétrons transformava o oxigênio em peróxido de hidrogênio, enquanto os buracos agiam para transformar a água em peróxido de hidrogênio, formando o composto de purificação em ambos os eletrodos.
É uma nova abordagem do que é conhecido nos círculos da engenharia como sistema fotoeletroquímico (PEC). Os sistemas PEC têm sido muito estudados desde a década de 1970 por sua capacidade de converter a luz solar em combustível e outros produtos químicos úteis, como hidrogênio e oxigênio. Experimentos anteriores de PEC produziram peróxido de hidrogênio, mas nenhum desses experimentos anteriores teve tanto sucesso quanto a presente pesquisa.
"O nosso é um sistema não assistido, "Shi diz, "Requer energia zero e apenas luz, água e oxigênio para trabalhar. A água é o 'combustível' do nosso sistema. Na verdade, funciona com água da torneira. "
Curiosamente, o sistema produz peróxido de hidrogênio em ambos os lados da reação, no ânodo e no cátodo. No final de tudo, ainda há uma pequena quantidade de eletricidade restante, devido à eficiência das reações químicas. Embora não seja uma grande quantidade, que energia adicional pode ser usada para acender uma lâmpada LED como um indicador de que o sistema está funcionando corretamente, os pesquisadores dizem, deixando o sedento proprietário beber com confiança.
"Achamos que esta é uma nova direção na divisão de água do PEC, que geralmente requer entradas de energia adicionais para funcionar, "Zheng diz.
Trabalhe adiante
Os pesquisadores consideram este artigo como uma prova de conceito e dizem que ainda há muito trabalho a ser feito antes que os purificadores produtores de peróxido de hidrogênio se tornem comuns. Mais importante, vanadato de bismuto - o ânodo - é tóxico e precisaria ser substituído por outro material igualmente fotossensível.
Dra. Samira Siahrostami, coautor do estudo e engenheiro de pesquisa no SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis em Stanford, selecionou vanadato de bismuto como ânodo para este protótipo devido à sua eficiência e capacidade de gerar peróxido de hidrogênio. Daqui para frente, os pesquisadores planejam identificar outros materiais anódicos que são estáveis, eficiente e seguro para purificação de água.
Zheng e Shi também sugerem que eles podem substituir o cátodo de carbono por um material diferente que também seja fotossensível (o carbono não é). Tal projeto aproveitaria uma faixa maior de luz solar para aumentar ainda mais a eficiência do sistema.
