Dia zero:os níveis das barragens caem abaixo dos limites seguros e o abastecimento de água da cidade é cortado. Parece um pesadelo apocalíptico, mas para os residentes da Cidade do Cabo na África do Sul, está rapidamente se tornando uma realidade. Para países propensos a secas como a Austrália, também não é imprevisível. Novos avanços na dessalinização, Contudo, estão oferecendo soluções alternativas para a segurança da água e para a mineração de minerais escassos valiosos.

A água doce é uma necessidade para a vida. É fácil pensar que a água sempre será abundante, pois cobre 70 por cento do nosso planeta. Ainda, o acesso à água potável é um desafio para muitos. Em 2025, as Nações Unidas estimam que 1,8 bilhão de pessoas enfrentará escassez de água. Isso ocorre porque apenas três por cento da água do mundo é doce e a seca severa está afetando muitos países.

A iminente crise de água na Cidade do Cabo foi causada por três anos de baixa pluviosidade, juntamente com o consumo crescente de uma população crescente. A Cidade do Cabo pode se tornar a primeira grande cidade da história moderna a ficar sem água.

A dessalinização é cada vez mais vista como uma solução chave para a escassez de água, especialmente em continentes secos como a Austrália. A dessalinização envolve a remoção de sais e outros minerais dissolvidos da água do mar ou água salobra (água que não é doce, mas também não é tão salgado quanto a água do mar).

Atualmente, osmose reversa e processos térmicos são as técnicas de dessalinização mais comumente usadas. Embora eles estejam altamente amadurecidos e tenham evoluído em desempenho ao longo dos anos, eles ainda não alcançaram metas de sustentabilidade indescritíveis.

Porque? Ambos demandam energia, requerem material de construção caro, são quimicamente intensos, limitado por incrustação de membrana e corrosão, e produzir fluxos de resíduos concentrados. O impacto ambiental adverso da descarga de fluxo de resíduos concentrado (salmoura) é de grande preocupação.

Isso ocorre porque o descarte dos resíduos de salmoura concentrados na terra resulta em suscetibilidade de longo prazo à poluição dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos. A alternativa, descarregar a salmoura residual (que é rica em sal e outros produtos químicos) de volta ao mar requer diluição extensa e a instalação de centenas de metros de dutos submarinos offshore para mitigar quaisquer efeitos adversos sobre os organismos aquáticos.

Dessalinização por congelamento, Contudo, é motivado pelo fenômeno natural da água do mar:o gelo feito de água salgada não contém sal. As vantagens inerentes da dessalinização por congelamento é que é de baixo custo, relativamente simples e sem produtos químicos. Contudo, separar o gelo da solução salina para obter água sem sal continua sendo um desafio.

Minha pesquisa está atualmente focada em encontrar um fluido adequado que separe com eficiência o gelo e a água salgada com base na gravidade do líquido. Isso permitirá a produção de água doce a partir do gelo.

Invariavelmente, o alto requisito de energia de congelamento da dessalinização por congelamento, de -8 graus Celsius a -15 graus Celsius é uma limitação importante. Uma opção viável aqui é obter 'energia gratuita' de instalações de vaporização de gás natural liquefeito (GNL). Isso é especialmente relevante no contexto australiano devido ao crescimento substancial da produção de GNL.

O gás natural é convertido em GNL por compressão e resfriamento entre -160 graus Celsius e -200 graus Celsius. A dessalinização por congelamento pode ser acoplada à fonte de refrigerante refrigerante LNG, dado que a maioria das fábricas de GNL estão localizadas na costa. A ligação de fábricas beneficiaria muitos países que importam GNL simultaneamente e sofrem com a escassez de água.

À medida que a escassez de água atinge, o esforço para conservar os recursos naturais também está aumentando. O foco na 'mineração' de recursos valiosos da água do mar e seus fluxos de resíduos de salmoura é especialmente aguçado.

A água do mar contém quase todos os elementos químicos presentes na tabela periódica, começando do mais abundante, como sódio, magnésio, cálcio, sulfato e potássio em elementos valiosos em baixa concentração, como estrôncio, lítio, urânio e rubídio.

De acordo com a Avaliação de Recursos Minerais da Austrália em 2013, estrôncio, magnésio, e o lítio apresentam um risco crítico relativamente alto. O estrôncio tem taxas de reciclagem de menos de 10 por cento e é usado na cerâmica, indústrias de vidro e pirotecnia, ímãs de ferrite de cerâmica, fogos de artifício, pigmentos fosforescentes, Lâmpadas fluorescentes, e na indústria de petróleo e gás como lama de perfuração. Os principais usos do magnésio incluem o alumínio, aço, materiais químicos e de construção, e fertilizante.

Saber a presença desses elementos na água do mar é uma coisa; recuperá-los é outra completamente diferente.

Os elementos economicamente úteis na água do mar estão geralmente presentes em concentrações relativamente baixas. Por exemplo, o rubídio economicamente valioso tem um preço de até US $ 12, 505 por quilograma, mas só está presente em baixas concentrações de 0,2 a 0,3 miligramas por litro. O alto valor econômico do rubídio é atribuído à sua aplicação em novos campos de tecnologia de sistemas de telecomunicações de fibra óptica, semicondutores, fabricação de lasers monolíticos, absorvedores de gás em tubos de vácuo, e para vários exames médicos.

É por isso que minha pesquisa na Austrália com meu supervisor, Diretor da Escola de Engenharia Civil e Ambiental Saravanamuth Vigneswaran, também se dedica à extração de rubídio da salmoura da água do mar. Estou analisando como poderíamos usar processos de membrana integrados e novos absorventes seletivos de troca iônica para produzir água doce e extrair rubídio simultaneamente.

A recuperação do valioso rubídio não ajudaria apenas a indústria, também poderia potencialmente compensar os custos operacionais de dessalinização de água do mar e seu gerenciamento de salmoura relacionado. Também vai, esperançosamente, tornar mais fácil para o governo e a indústria ver que a sustentabilidade realmente diz respeito a todos.