A árvore do mangue sobrevive em seu habitat subtropical convertendo com eficiência a água salgada de seu ambiente em água doce - um feito de engenharia que há muito tempo deixa os cientistas perplexos.

Agora, uma equipe de pesquisadores do laboratório do professor de engenharia de Yale Menachem Elimelech desenvolveu um dispositivo de purificação de água que imita o mangue. Além de oferecer uma melhor compreensão dos sistemas de encanamento das fábricas, pode levar a novas tecnologias de dessalinização, sua equipe de pesquisa disse. Os resultados apareceram em 21 de fevereiro em Avanços da Ciência .

"Estamos mostrando o mecanismo que foi proposto para o funcionamento dos manguezais, "disse o co-autor Jay Werber, um ex-aluno de graduação em engenharia química e ambiental no laboratório de Elimelech. "Não somos biólogos, mas estamos chegando lá a partir de uma perspectiva de engenharia. "

Elimelech é o professor Roberto C. Goizueta de Engenharia Química e Ambiental de Yale.

O dispositivo, que os pesquisadores chamam de mangue artificial, combina os efeitos dessalinizadores da raiz do mangue, o bombeamento capilar das folhas, e a capacidade de condução de água do caule. A chave para seu sucesso é sua capacidade de gerar um alto nível de pressão negativa, semelhante ao que você cria ao beber por um canudo. No mangue sintético, evaporação de membranas especialmente projetadas - agindo como "folhas" - cria uma grande pressão negativa, que impulsiona a dessalinização da água salgada através de uma "raiz" de membrana semipermeável.

As árvores precisam de pressão negativa - gerada quando a água evapora pelas folhas - para absorver água suficiente. Manguezais, que podem ser encontrados na Flórida e são particularmente abundantes em países como a Indonésia, Brasil, e Malásia, faça um truque duplamente impressionante, os pesquisadores disseram:Eles precisam produzir uma pressão negativa maior do que a árvore típica para beber a água salgada de seu ambiente. Mais, eles dessalinizam esta água com suas raízes, em um processo chamado osmose reversa.

Particularmente impressionante, os pesquisadores observam, é a forma como as árvores minimizam a formação de bolhas de ar dentro de seu sistema de tubos de água, conhecido como xilema. A água tende a formar bolhas sob altas pressões negativas, o que interromperia o fluxo de água no xilema da planta.

Coautor Yunkun Wang, um pesquisador de pós-doutorado, disse que o dispositivo dos pesquisadores consegue um feito semelhante, minimizando a formação de bolsas de ar, devido em parte a uma estrutura de sílica porosa conhecida como frita que está posicionada no meio do dispositivo.

Além de resolver alguns mistérios de longa data sobre a hidráulica de árvores, Werber disse, o trabalho dos pesquisadores pode potencialmente levar à criação de dispositivos em pequena escala para separar soluções. "Tipicamente, você tem uma bomba cara que cria uma pressão muito alta para separar essas coisas, "disse ele." Com o dispositivo de mangue, você pode usar a evaporação para conduzir isso de forma completamente passiva. "

Os pesquisadores disseram que o dispositivo seria particularmente útil em situações onde a eletricidade não está disponível.

O dispositivo dos pesquisadores não apenas imitou o processo natural, gerava uma pressão negativa muito maior do que a gerada pela árvore do mangue e poderia dessalinizar a água com uma concentração de sal quase 10 vezes maior que a da água do mar. Elimelech disse que isso significa que pode levar a maneiras de dessalinizar água muito salgada, como a água produzida por hidrofracking.

Mais imediatamente, no entanto, ele disse que o dispositivo fornece uma janela para um processo que há muito não estava claro.

"Estávamos curiosos sobre como a natureza faz algumas coisas, e é uma coisa tão incrível que pudemos descrevê-lo com a física, "Elimelech disse." Mostramos que a árvore segue princípios físicos, e que podemos imitá-los em um dispositivo microfluídico. "

Co-autor Jongho Lee, um pesquisador de pós-doutorado, disse que o dispositivo também tem o potencial de ser usado para redução de enchentes, incorporando-o em "cidades esponjosas" - isto é, áreas urbanas destinadas a absorver e captar a água da chuva e removê-la rapidamente. "Os edifícios poderiam ser projetados para funcionar como árvores de mangue:suas paredes externas funcionariam como folhas e as fundações agiriam como raízes, filtrando os contaminantes, " ele disse.