Uma nova maneira de avaliar a eficiência das tecnologias de dessalinização rivais pode ajudar a orientar novos desenvolvimentos para fornecer abastecimento de água potável em áreas urbanas, mostra pesquisas realizadas na KAUST.

A demanda global de água atingiu cerca de 4.000 bilhões de metros cúbicos em 2000 e está projetada para crescer mais de 58 por cento até 2030. As fontes de água doce não podem atender a essa demanda, e a dessalinização da água do mar está se tornando uma forma cada vez mais importante de fornecer água potável.

Cerca de 60 por cento da capacidade de dessalinização do mundo depende de sistemas de osmose reversa, que usam energia elétrica para empurrar a água através de uma membrana para remover o sal e outras impurezas. Outros processos de dessalinização usam calor para evaporar a água pura da água salgada. A capacidade de dessalinização do mundo deve dobrar na próxima década, e cálculos simplistas sugerem que a osmose reversa poderia ser uma maneira mais eficiente em termos de energia para atender a essa necessidade.

Mas Muhammad Wakil Shahzad, Muhammad Burhan e Kim Choon Ng do Centro de Dessalinização e Reutilização de Água da KAUST, apontam que as formas atuais de comparar a eficiência energética nos vários métodos de dessalinização da água do mar consideram apenas a quantidade de consumo de energia secundária, mas ignoram o tipo ou grau de energia (por exemplo, vapor ou eletricidade) consumidos no processo.

Eles demonstraram uma abordagem termodinâmica simples que leva em conta a quantidade e a qualidade da energia necessária para operar uma usina de dessalinização. Essa abordagem produz uma plataforma comum para comparação de eficiência energética, usando uma taxa de desempenho universal padrão que oferece uma comparação mais justa entre os métodos de dessalinização de água do mar.

Por exemplo, turbinas a gás de ciclo combinado (CCGTs) estão entre as usinas de geração de eletricidade mais eficientes hoje, queima de gás natural para girar uma turbina que gera a eletricidade. Mas eles também recuperam o calor do escapamento das turbinas a gás e o usam para criar vapor em alta pressão e alta temperatura, que pode girar turbinas a vapor separadas que contribuem para a produção de eletricidade da planta.

Plantas de dessalinização à base de calor podem operar em conjunto com CCGTs, sangrar o vapor de temperatura relativamente baixa que de outra forma iria para o lixo e usá-lo para purificar a água por evaporação. Os pesquisadores calcularam que explorar o calor residual de um CCGT dessa forma garante que a opção mais eficiente de dessalinização térmica ocorra em estágios sucessivos. Esse uso de calor residual é chamado de destilação de múltiplos efeitos.

Contudo, mesmo esta opção ainda atinge apenas até 13 por cento da eficiência máxima teórica. "Todos os métodos de dessalinização práticos têm eficiências de energia muito abaixo do limite termodinâmico, "diz Shahzad. A fim de atingir as metas de desenvolvimento sustentável, a eficiência da dessalinização deve dobrar na próxima década, dizem os pesquisadores. "Deve haver uma mudança no paradigma da tecnologia em relação ao que está disponível hoje, " ele continua.

Ng sugere que as membranas baseadas em folhas de carbono da espessura de um átomo chamadas grafeno, ou sistemas híbridos que combinam vários processos acionados termicamente, poderia ajudar a alcançar uma mudança de paradigma. Os métodos acionados termicamente requerem um híbrido de vários processos acionados termicamente; por exemplo, uma combinação de destilação de múltiplos efeitos hibridizada com um ciclo de adsorção que aumenta o uso de entrada de calor de baixo grau. Eles acreditam que até 30 por cento do limite termodinâmico é uma meta alcançável para a dessalinização sustentável da água do mar em um futuro próximo.