Nos últimos anos, O pesquisador da Universidade de Illinois, Kyle Smith, provou sua crescente experiência no campo da dessalinização de água, com uma série de resultados de pesquisa que poderiam atender à necessidade imediata de combater a diminuição das fontes de água limpa em todo o mundo.

Agora, com uma nova publicação e um novo projeto de pesquisa financiado pela National Science Foundation, ele continua a desenvolver seu trabalho altamente elogiado para desenvolver novos métodos de desionização de água salgada.

O papel, "Efeito de aditivos condutores nas propriedades de transporte de eletrodos de fluxo poroso com partículas isolantes e sua otimização para desionização faradaica, "publicado esta semana em Water Research , demonstraram resultados promissores para a dessalinização com eficiência energética de recursos hídricos alternativos. O trabalho mais recente de Smith, encabeçado por uma lança de seu aluno de doutorado Erik Reale, envolve dispositivos de deionização que podem armazenar e liberar cátions de forma reversível usando materiais de intercalação, uma classe de materiais comumente usados ​​para baterias recarregáveis. Este trabalho em particular aborda o desafio de ciclar materiais de intercalação com taxas rápidas de elétrons, íon, e transporte de fluidos, recursos que são difíceis de obter simultaneamente em um único sistema.

Sua equipe fabricou eletrodos otimizados contendo partículas analógicas isolantes do Azul da Prússia, e os usou em uma célula experimental de dessalinização por intercalação de cátions (CID) com eletrodos simétricos. Eles testemunharam resultados de um aumento de quase 10 vezes na taxa de remoção de sal em níveis de consumo de energia semelhantes aos de demonstrações anteriores do CID.

"Altas taxas de remoção de sal são necessárias em dispositivos de tratamento eletroquímico de água porque unidades menores podem ser construídas para atingir a mesma produção total de água tratada se o sal puder ser removido mais rapidamente. Seguindo essa linha de pensamento, o custo de capital para construir um sistema será menor para um nível fixo de produtividade de água, "disse Smith.

Em seu novo projeto de pesquisa de três anos financiado pela NSF, "Habilitando a dessalinização de descarga mínima de salmoura usando reações de intercalação, "Smith usará materiais de bateria para superar a limitação no volume de salmoura residual que é produzida durante a dessalinização da água usando osmose reversa (RO). O descarte de salmoura tem grandes problemas de sustentabilidade ambiental, incluindo o aumento de terremotos quando injetados na terra e o perigo para os ecossistemas aquáticos quando descartados em corpos d'água. Enquanto a geração de salmoura RO é ditada pela força motriz de pressão usada (e, portanto, impõe limitações mecânicas), Smith planeja usar campos elétricos para concentrar íons de sal, que, ele propõe, poderia concentrar os sais a níveis próximos da saturação na solução.

A Universidade de Illinois relatou anteriormente, em 2016, que Smith havia descoberto que a tecnologia que carrega baterias para dispositivos eletrônicos poderia fornecer água doce de mares salgados. Ele desenvolveu um novo dispositivo - uma bateria cheia de água salgada com eletricidade passando por ela - que água deionizada usando a menor quantidade de energia possível no momento. Este trabalho ganhou um lugar na lista dos 10 artigos mais lidos do Journal of the Electrochemical Society em 2016.

Apenas um ano depois, em 2017, Smith e sua equipe levaram a dessalinização de água salgada um passo adiante, com foco em novos materiais para melhorar a viabilidade econômica e eficiência energética do processo em colaboração com a Wetsus, o Centro Europeu de Excelência em Tecnologia da Água. Eles criaram um dispositivo semelhante a uma bateria que usa eletrodos feitos de um material que pode remover não apenas os íons de sódio, mas também o de potássio, cálcio, magnésio, e outros - uma melhoria tecnológica importante porque água salgada e água salobra geralmente contêm uma mistura de outros sais, como potássio, cálcio, e cloreto de manganês. Este trabalho foi publicado na revista Electrochimica Acta .

O presente trabalho experimental também segue o trabalho publicado por Smith e seus alunos usando modelagem computacional de transporte eletroquímico para orientar o projeto de células de dessalinização baseadas em bateria. Seu grupo também usou recentemente modelagem mecânica quântica, combinado com experimentos e análises termodinâmicas, para entender como os materiais da bateria usados ​​em suas células de dessalinização absorvem sódio, bem como magnésio e cálcio, em escala atômica.

Mais recentemente, Smith ganhou o Prêmio ISE-Elsevier 2018 de Eletroquímica Aplicada, um reconhecimento baseado inteiramente em sua modelagem matemática de dispositivos de dessalinização baseados em bateria, baterias de íon-lítio, e baterias de fluxo.