À medida que as populações crescem e as secas crônicas persistem, cidades costeiras como Carlsbad, no sul da Califórnia, estão cada vez mais se voltando para a dessalinização do oceano para complementar um abastecimento cada vez menor de água doce. Agora, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab), que investigam como tornar a dessalinização menos cara, descobriram regras de projeto promissoras para fazer os chamados líquidos iônicos "termicamente reativos" para separar a água do sal.

Os líquidos iônicos são um sal líquido que se liga à água, tornando-os úteis na osmose direta para separar os contaminantes da água. (Veja as perguntas e respostas do Berkeley Lab, "Avançando na dessalinização") Ainda melhores são os líquidos iônicos termicamente responsivos, pois usam energia térmica em vez de eletricidade, que é exigido pela dessalinização por osmose reversa convencional (RO) para a separação. O novo estudo do Berkeley Lab, publicado recentemente no jornal Nature Communications Chemistry , estudou as estruturas químicas de vários tipos de líquido iônico / água para determinar qual "receita" funcionaria melhor.

"O atual estado da arte em dessalinização RO funciona muito bem, mas o custo da dessalinização RO impulsionada pela eletricidade é proibitivo, "disse Robert Kostecki, co-autor do estudo. "Nosso estudo mostra que o uso de calor" gratuito "de baixo custo - como calor geotérmico ou solar ou calor residual industrial gerado por máquinas - combinado com líquidos iônicos termicamente responsivos pode compensar uma grande fração dos custos que vão para as tecnologias atuais de dessalinização de RO que dependem exclusivamente de eletricidade. "

Kostecki, vice-diretor da Divisão de Armazenamento de Energia e Recursos Distribuídos (ESDR) na Área de Tecnologias Energéticas do Berkeley Lab, em parceria com o co-autor correspondente Jeff Urban, um cientista da equipe da Fundição Molecular do Berkeley Lab, investigar o comportamento de líquidos iônicos na água a nível molecular.

Usando espectroscopia de ressonância magnética nuclear e espalhamento de luz dinâmico fornecido por pesquisadores da Divisão ESDR, bem como técnicas de simulação de dinâmica molecular na Fundição Molecular, a equipe fez uma descoberta inesperada.

Por muito tempo se pensou que uma separação de líquido iônico eficaz dependia da proporção geral de componentes orgânicos (partes do líquido iônico que não têm carga positiva nem negativa) para seus íons carregados positivamente, explicou Urban. Mas a equipe do Berkeley Lab aprendeu que o número de moléculas de água que um líquido iônico pode separar da água do mar depende da proximidade de seus componentes orgânicos aos íons carregados positivamente.

"Este resultado foi completamente inesperado, "Disse Urban." Com isso, agora temos regras de design para as quais os átomos em líquidos iônicos estão fazendo o trabalho duro na dessalinização. "

Uma tecnologia de osmose reversa baseada em membrana de décadas desenvolvida originalmente na UCLA na década de 1950, está ressurgindo - atualmente, existem 11 usinas de dessalinização na Califórnia, e mais foram propostas. Cientistas do Berkeley Lab, por meio do Water-Energy Resilience Research Institute, estão buscando uma gama de tecnologias para melhorar a confiabilidade do sistema de água dos EUA, incluindo tecnologias avançadas de tratamento de água, como dessalinização.

Como a osmose direta usa calor em vez de eletricidade, a energia térmica pode ser fornecida por fontes renováveis, como geotérmica e solar ou calor industrial de baixo grau.

"Nosso estudo é um passo importante para reduzir o custo da dessalinização, "acrescentou Kostecki." É também um grande exemplo do que é possível no sistema de laboratórios nacionais, onde as colaborações interdisciplinares entre as ciências básicas e as ciências aplicadas podem levar a soluções criativas para problemas difíceis que beneficiam as gerações futuras. "

Também contribuíram para o estudo os pesquisadores da UC Berkeley e do Idaho National Laboratory. A Molecular Foundry é uma facilidade do usuário do DOE Office of Science especializada em ciência em nanoescala. Este trabalho foi apoiado pelo Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA.