Dessalinização solar supereficiente

Os dispositivos portáteis que utilizam luz solar para remover o sal da água do mar podem fornecer água potável a preços acessíveis a pessoas em áreas litorâneas remotas ou áridas. No entanto, as tecnologias de dessalinização que funcionam a energia solar sofrem com a baixa eficiência. Os pesquisadores agora revelam um sistema de dessalinização ultraeficiente e em várias etapas que pode produzir 5,8 litros de água doce por hora quando em exposição solar plena, isto é, quase três vezes a quantidade que os dispositivos similares desenvolvidos no passado são capazes de produzir (Energy Environ. Sci. 2020, DOI: 10.1039/C9EE04122B).

As usinas convencionais de dessalinização, que dependem de membranas, são caras ou consomem muita energia. A dessalinização térmica solar é uma opção menos dispendiosa, mas é ineficiente e requer imensos espelhos parabólicos para concentrar a luz sobre a água do mar a fim de evaporá-la. Nenhuma das tecnologias é adequada para áreas remotas ou com poucos recursos. Os dispositivos portáteis de dessalinização que funcionam a energia solar resolvem este problema. Eles normalmente utilizam materiais menos dispendiosos que absorvem a luz solar e que aquecem e fazem evaporar a água do mar. Os vapores são coletados em um condensador, que capta a água doce. Os melhores sistemas são capazes de converter mais de 90% da energia solar para gerar vapor de água.

Agora, Evelyn Wang, do MIT, Ruzhu Wang, da Universidade Jiao Tong de Xangai, e seus colegas desenvolveram um sistema em várias etapas que vai muito além disso, ostentando uma eficiência de 385% quando testado sob condições ideais. Isso é possível por meio da reutilização do calor que é liberado quando o vapor de água se condensa em líquido. Esse é o primeiro sistema a tirar partido dessa energia, que normalmente é desperdiçada.

O dispositivo contém 10 estruturas de náilon idênticas impressas em 3D empilhadas e dispostas verticalmente sobre um reservatório de água. Cada estrutura tem um papel-toalha que funciona como evaporador e uma película de alumínio que serve como condensador. Do lado da pilha que fica voltado para o sol, os pesquisadores posicionaram um absorvedor solar preto que aquece e faz evaporar a água acumulada no papel-toalha. À medida que os vapores são condensados na película de alumínio, o calor liberado é canalizado para a segunda camada de papel-toalha, com o processo se repetindo ao longo da pilha. Tal abordagem em várias etapas vem sendo usada em usinas de dessalinização solar térmica em larga escala, afirma Lenan Zhang, orientando de pós-graduação de Wang. “Transferimos essa ideia para um design portátil.”

No laboratório, o dispositivo de 10 cm × 10 cm é capaz de produzir 5,8 l de água por hora. Em condições menos que ideais, no telhado do MIT durante o verão, o desempenho do dispositivo foi menor, cerca de 50%, devido às nuvens ocasionais e ao vento. No telhado, o dispositivo foi capaz de produzir 72 ml de água em 4,5 horas. Para atender às necessidades médias diárias de água de um adulto ou de uma família pequena, pode-se criar um conjunto de dispositivos de várias etapas, afirma Zhang.

A equipe agora quer otimizar o dispositivo e reduzir ainda mais o custo do material. O protótipo custa atualmente cerca de US$ 1,50, mas 70% desse custo corresponde às molduras de náilon impressas em 3D, afirma Zhang, havendo, portanto, possibilidade de melhorias.

Esta é uma abordagem altamente eficiente e econômica para a dessalinização solar, afirma Hadi Ghasemi, engenheiro mecânico da Universidade de Houston. “Este trabalho aproxima o conceito de localização de calor solar de uma implementação em larga escala.” O uso de diferentes materiais de absorção com características antideposição contribui para um desempenho consistente desse dispositivo a longo prazo, afirma.