(PhysOrg.com) - A água potável costuma ser de alta demanda e pouca oferta após um desastre natural como o terremoto no Haiti ou o furacão Katrina. Em ambos os casos, as zonas de desastre estavam perto do mar, mas converter água salgada do mar em água potável potável geralmente requer uma grande quantidade de energia elétrica confiável e usinas de dessalinização em grande escala - nenhuma das quais estava disponível nas áreas do desastre.

Uma nova abordagem para dessalinização que está sendo desenvolvida por pesquisadores do MIT e na Coréia pode levar a pequenos, unidades portáteis que podem ser alimentadas por células solares ou baterias e podem fornecer água potável suficiente para suprir as necessidades de uma família ou pequena aldeia. Como um bônus adicional, o sistema também removeria muitos contaminantes, vírus e bactérias ao mesmo tempo.

A nova abordagem, chamada de polarização de concentração de íons, é descrito em um artigo do Associado Pós-Doutorado Sung Jae Kim e do Professor Associado Jongyoon Han, tanto no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação do MIT, e colegas na Coréia. O artigo foi publicado no dia 21 de março na revista. Nature Nanotechnology .

Um dos principais métodos de dessalinização, chamada osmose reversa, usa membranas que filtram o sal, mas estes requerem bombas fortes para manter a alta pressão necessária para empurrar a água através da membrana, e estão sujeitos a incrustação e bloqueio dos poros da membrana por sal e contaminantes. O novo sistema separa sais e micróbios da água, repelindo-os eletrostaticamente para longe da membrana seletiva de íons no sistema - assim, a água que flui nunca precisa passar por uma membrana. Isso deve eliminar a necessidade de alta pressão e os problemas de incrustação, dizem os pesquisadores.

O sistema funciona em escala microscópica, usando métodos de fabricação desenvolvidos para dispositivos microfluídicos - semelhantes à fabricação de microchips, mas usando materiais como silicone (borracha sintética). Cada dispositivo individual processaria apenas quantidades mínimas de água, mas um grande número deles - os pesquisadores imaginam uma matriz com 1, 600 unidades fabricadas em um wafer de 8 polegadas de diâmetro - podem produzir cerca de 15 litros de água por hora, o suficiente para fornecer água potável para várias pessoas. Toda a unidade poderia ser independente e impulsionada pela gravidade - água salgada seria despejada no topo, e água doce e salmoura concentrada coletadas de duas saídas no fundo.

Esse tamanho pequeno pode realmente ser uma vantagem para alguns aplicativos, Kim explica. Por exemplo, em uma situação de emergência como após o terremoto no Haiti, a infraestrutura de entrega para levar água potável às pessoas que precisam dela estava em grande falta, tão pequeno, unidades portáteis que os indivíduos pudessem carregar teriam sido especialmente úteis.

Até aqui, os pesquisadores testaram com sucesso uma única unidade, usando água do mar coletada em uma praia de Massachusetts. A água foi então deliberadamente contaminada com pequenas partículas de plástico, proteína e sangue humano. A unidade removeu mais de 99 por cento do sal e outros contaminantes. “Demonstramos claramente que podemos fazer isso no nível do chip da unidade, ”Diz Kim. O trabalho foi financiado principalmente por uma bolsa da National Science Foundation, bem como uma concessão do SMART Innovation Center

Embora a quantidade de eletricidade necessária por este método seja um pouco maior do que para os métodos atuais de grande escala, como osmose reversa, não há outro método que possa produzir dessalinização em pequena escala com qualquer lugar próximo a este nível de eficiência, dizem os pesquisadores. Se devidamente projetado, o sistema proposto usaria apenas tanta energia quanto uma lâmpada convencional.

Mark A. Shannon, do Centro de Materiais Avançados para a Purificação de Água com Sistemas da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, que não estava envolvido neste trabalho, concorda com essa avaliação. Em um artigo News &Views que acompanha o artigo da Nature Nanotechnology, ele escreve que o novo sistema atinge "talvez a energia mais baixa de todos os tempos para dessalinizar microlitros de água, ”E quando muitas dessas micro-unidades são combinadas em paralelo, como Kim e seus co-autores propõem, “Poderia ser usado para fornecer litros de água por hora usando apenas uma bateria e um fluxo de água por gravidade.” Isso atende a uma necessidade significativa, ele diz, uma vez que atualmente existem poucos métodos eficientes para a dessalinização em pequena escala, tanto para emergências quanto para uso em áreas remotas de países pobres.

Alex Iles, um cientista pesquisador da Universidade de Hull, na Grã-Bretanha, diz que, embora mais testes devam ser feitos para estabelecer a estabilidade de longo prazo e as técnicas de fabricação, “Este é um novo conceito elegante para dessalinização de água.” Ele diz que é provável que produza um produto de baixo custo, sistema de baixa manutenção que poderia ser “ideal para aplicações como alívio de desastres”. Quando foi inicialmente apresentado em uma conferência de que ele participou no ano passado, Iles diz, “Achei que era provavelmente o novo trabalho mais significativo de toda a conferência, embora fosse apenas um pôster. ”

O princípio básico que torna o sistema possível, chamada de polarização de concentração de íons, é um fenômeno onipresente que ocorre perto de materiais seletivos de íons (como Nafion, frequentemente usado em células de combustível) ou eletrodos, e esta equipe e outros pesquisadores têm aplicado o fenômeno para outras aplicações, como a pré-concentração de biomoléculas. Esta aplicação para purificação de água nunca foi tentada antes, Contudo.

Uma vez que a separação ocorre eletrostaticamente, não funciona para remover contaminantes que não têm carga elétrica. Para cuidar dessas partículas remanescentes - principalmente poluentes industriais - os pesquisadores sugerem que a unidade poderia ser combinada com um sistema de filtro de carvão convencional, alcançando assim o puro, água potável segura através de um único dispositivo simples.

Tendo provado o princípio em um dispositivo de unidade única, Kim e Han planejam produzir um dispositivo de 100 unidades para demonstrar a ampliação do processo, seguido por um 10, Sistema de 000 unidades. Eles esperam que demore cerca de dois anos antes que o sistema esteja pronto para ser desenvolvido como um produto.

"Depois disso, ”Diz Kim, “Saberemos se é possível” que funcione como um robusto, sistema portátil, “E quais problemas precisam ser resolvidos.”