Sabemos que o consumo excessivo, a atividade industrial e o crescimento da população global são alguns dos fatores que ameaçam o acesso à água potável para uma proporção cada vez maior de pessoas em todo o mundo. De acordo com dados da UNESCO de 2012, quase 700 milhões de pessoas sofrem com o acesso limitado à água - e esse número pode aumentar para 1,8 bilhão em 2025. A dessalinização e o tratamento de águas residuais industriais podem produzir grandes quantidades de água potável, e esses métodos já são usados ​​em muitos países e regiões, como os Emirados Árabes Unidos, Arábia Saudita, China, Europa e EUA. No entanto, os sistemas existentes são caros e consomem muita energia. Jeff Ong, do Laboratório de Síntese e Catálise Inorgânica da EPFL, desenvolveu uma máquina de tratamento de água que combina os benefícios de todas as principais tecnologias em uso, ao mesmo tempo em que oferece desempenho aprimorado. Por exemplo, o protótipo remove mais de 99,9% do sal da água do mar com o mesmo rendimento, mas usando menos energia. O sistema será testado em condições do mundo real este ano.

Aumentando a taxa de transferência

A principal tecnologia de dessalinização em grande escala usada hoje é a osmose reversa. Quando dois líquidos idênticos separados por uma membrana semipermeável têm uma concentração diferente de sal ou outros minerais, aquele com a menor concentração passa pela membrana até que cada líquido tenha a mesma concentração. Para reverter esse processo natural e, portanto, maximizar a quantidade de água doce, a pressão é aplicada ao líquido mais concentrado para que ele flua através da membrana de filtração em direção ao lado da água potável. A técnica usa uma quantidade relativamente grande de eletricidade (cerca de 4-5 kWh / m3) e as membranas se deterioram rapidamente, assim como outros componentes, desgastado por partículas minerais. Eles precisam ser limpos quimicamente várias vezes por ano e substituídos com muita frequência. “Isso resulta em altos custos de manutenção para os produtores, "diz Ong. No entanto, o conceito de dessalinização usado pelo spin-off da EPFL usa membranas feitas de material hidrofóbico inerte, desgastam-se menos rapidamente e podem ser reciclados de forma barata.

Evaporando água usando elementos de recuperação de calor

Para maximizar a separação de sal, que o protótipo EPFL aumenta para mais de 99,9 por cento, Ong montou uma série de módulos de dessalinização baseados em evaporação. Para lidar com a principal fraqueza do sistema - consumo de energia - ele fez várias melhorias, incluindo recuperação de calor interno e transferência de calor mais eficiente. Ao reduzir a pressão, a água pode ser fervida a uma temperatura inferior a 80 ° C. O vapor produzido é resfriado e recuperado como água doce. O resto do líquido, que contém o sal restante, passa para outra célula com pressão ainda mais baixa, e assim por diante. Os elementos de recuperação de calor são usados ​​para pré-aquecer e vaporizar a água salgada restante, sem usar qualquer energia de fora do sistema. Em cada estágio, o vapor produzido é resfriado e a água doce resultante é recuperada. A água doce é retirada por meio de trocadores de calor posicionados de forma a resfriar o sistema. Ao reutilizar o calor que de outra forma seria perdido, O E-METS tem uma pegada de carbono muito menor do que um sistema térmico convencional. "Esses princípios de fluxo de evaporação e resfriamento são comumente empregados na indústria de energia nuclear, "explica Ong." Somos os primeiros a aplicar o conceito no campo da separação de água. "

Tratando água muito salgada

Melhorias recentes neste protótipo híbrido também resultaram em economia de tempo, porque a taxa de transferência é agora até duas vezes mais alta que a dos sistemas de osmose reversa. Além disso, o novo sistema tem a vantagem de ser capaz de lidar com concentrações de sal muito altas - mais de 200 g / l - que é o dobro das tecnologias de separação térmica padrão e mais de quatro vezes mais do que osmose reversa. Essas altas concentrações de sal podem ser encontradas, por exemplo, nas soluções de resíduos produzidos por plantas de osmose reversa.

O mercado de dessalinização deve movimentar US $ 27,4 bilhões em 2025, com o mercado de água e tratamento de água no valor total de US $ 675 bilhões. O start-up, Aqualife Global, está atualmente incorporada para comercializar a tecnologia E-METS. A disposição modular do sistema significa que ele pode ser adaptado à quantidade de água a ser tratada. Este ano, os cofundadores pretendem desenvolver uma versão que caiba em um contêiner de transporte, tornando-o fácil de transportar e permitindo que seja instalado onde for mais necessário. Além de ser usado para dessalinizar a água do mar, o sistema pode ser conectado a plantas de osmose reversa, ajudando-os a produzir maiores volumes de água potável dessalinizada. Os cofundadores também veem muitas outras aplicações potenciais, como o tratamento de águas residuais da indústria de mineração - e mais especificamente para a mineração de lítio - e a remoção de enxofre das águas residuais produzidas por empresas de geração de eletricidade. O sistema também poderia ser usado para tratar águas residuais produzidas pelas indústrias agroalimentar e de petróleo e gás.