Uma série de tempestades no Texas nos últimos anos – desde o furacão Harvey em 2017 até ao congelamento profundo em 2021 – colocou grandes segmentos da população em perigo e deixou milhões de pessoas sem eletricidade ou água durante longos períodos.

Estas calamidades também serviram de motivação para uma investigadora da Universidade do Texas, em Austin, reorientar o seu trabalho em inovações que possam ajudar as comunidades a responder a eventos climáticos severos. Seu projeto mais recente é um dispositivo do tamanho de uma caneca que pode limpar a água rapidamente usando uma pequena descarga de eletricidade para retirar células bacterianas. Em experimentos de laboratório, o dispositivo foi capaz de remover 99,997% da bactéria E. coli de amostras de 2 a 3 onças retiradas de Waller Creek, em Austin, em aproximadamente 20 minutos, com capacidade para fazer mais.

"Somos capazes de limpar a água usando muito pouca energia porque orientamos as células bacterianas com campos elétricos, e a maioria das células bacterianas são nadadoras naturais que se impulsionam para os eletrodos e são capturadas vivas", disse D. Emma Fan, professora associada do Departamento Walker de Engenharia Mecânica da Cockrell School of Engineering, que liderou a pesquisa publicada recentemente no ACS Nano .

A chave do dispositivo é um eletrodo “ramificado” que a equipe de pesquisa criou anteriormente. A estrutura do eletrodo patenteado é baseada no sistema radicular de uma árvore com galhos viajando em diversas direções.

Quando eletrificado, o dispositivo cria um campo para o qual as células de E. coli são atraídas. Eles "nadam" voluntariamente nos ramos dos eletrodos.

O eletrodo é feito de espuma de grafite, compatível e durável em campos elétricos, podendo funcionar continuamente por muitas horas. Além de sua eficiência, o dispositivo é barato – custa menos de US$ 2 para criar o eletrodo revestido de espuma.

Também é simples de usar. Primeiro, mergulhe o copo cheio de eletrodo em água. Em seguida, dê uma sacudida elétrica, espere e deixe os eletrodos pescarem bactérias. Depois, espere e retire a água, que agora é potável.

Os pesquisadores agora estão procurando maneiras de comercializá-lo e, em seguida, querem agilizar o design do copo. Aquele usado para limpar a água de Waller Creek é um protótipo impresso em 3D. A equipe quer simplificar ainda mais o processo de inserção e remoção dos eletrodos.

Dos vários métodos atuais para filtração comercial simples de água, cada um tem uma falha significativa. As pílulas desinfetantes podem liberar oxidantes que podem ser prejudiciais se ingeridos. Os sistemas de osmose reversa requerem alta pressão de água, e o vapor solar precisa de luz solar consistente, o que não é confiável em meio a desastres naturais.

Além disso, o uso de energia elétrica permite a integração com baterias para energias armazenadas e pode ser facilmente utilizado em casa, no escritório ou no carro. O custo da energia também é muito menor do que o de várias tecnologias emergentes, por exemplo, um milésimo do custo da vaporização solar.

O eletrodo usado no dispositivo foi originalmente criado para supercapacitores. Estima-se que a população do Texas duplicaria até 2050 e a necessidade de investigação para abordar a resiliência após Harvey motivou Fan a concentrar o seu trabalho em desastres naturais.

No caso de queda de energia ou aviso de fervura de água, uma pessoa que possuísse um dispositivo com essa tecnologia poderia dirigir até um riacho ou riacho, conectá-lo à bateria do carro por meio de um simples conversor DC-AC e purificar a água para levar para casa como fonte de bebida. Também pode ser alimentado por painéis solares com o mesmo princípio.

“Quando a nossa infra-estrutura hídrica está inoperante – sem água, sem gás e sem electricidade – precisamos de dispositivos nos pontos de utilização para limpar a água que podemos retirar de lagoas, riachos ou rios”, disse Fan. "Acreditamos que nosso dispositivo poderá algum dia atender a essa necessidade."

Mais informações: Xianfu Luo et al, Desinfecção portátil de água a granel por captura ao vivo de bactérias com grafite porosa divergentemente ramificada em campos elétricos, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.2c12229
Informações do diário: ACS Nano

Fornecido pela Universidade do Texas em Austin