Extração de água potável do ar seco do deserto não é mais um sonho

Imagine que você está preso no deserto australiano. Seu carro quebrou e não há sinal de outra pessoa por milhas.

Um especialista em sobrevivência lhe dirá que sua primeira prioridade é encontrar água.

Provavelmente não é uma situação que muitos de nós enfrentaremos, mas para algumas pessoas e em certas regiões do mundo, o acesso confiável a água potável pode ser uma luta constante, e as secas podem ser mortais.

Assim, ser capaz de evocar efetivamente a água do ar, tão fantasiosa quanto isso, poderia mudar drasticamente a vida das pessoas.

No início deste ano, uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley relatou que eles criaram um dispositivo que pode extrair água do ar seco do deserto, sem usar uma fonte externa de combustível.

A desvantagem era que ele usava um pó à base de zircônio chamado meta-organic framework 801 (MOF-801), que é caro de produzir e relativamente ineficiente.

Mas relatando no Science Advances de sábado, eles dizem que refinaram o design. O novo dispositivo tem uma estrutura baseada em alumínio com mais que o dobro da capacidade de captação de água, e pode ser feita em torno de um centésimo do custo do equivalente à base de zircônio.

Como funciona?

A chave para a capacidade de captação de água do projeto é a massiva relação superfície-massa do pó MOF, de acordo com o pesquisador Eugene Kapustin.

A área superficial de um grama de MOF-303 é maior que um campo de futebol. (Fornecido: laboratório Omar Yaghi, UC Berkeley)

“É muito poroso. Tem uma enorme quantidade de espaço dentro. A área de superfície de um grama deste MOF pode cobrir vários campos de futebol”, disse Kapustin.

“Então você pode imaginar que você pode armazenar quantidades substanciais de gás dentro dos poros deste material.”

O dispositivo é aberto à noite quando o ar do deserto está mais saturado, permitindo que a água seja absorvida pelo pó MOF.

A área superficial de um grama de MOF-303 é maior que um campo de futebol. Estilhaços de metal sob um microscópio. Fornecido: Omar Yaghi Laboratory, UC Berkeley

Durante o dia, quando a umidade relativa pode cair para 10% ou menos, o invólucro isolado é fechado e um aerogel é colocado sobre o topo do pó MOF, que absorve o calor do sol.

Quando o vapor de água libertado pelo pó aquecido entra em contacto com um condensador que foi arrefecido durante a noite, arrefece e condensa o vapor, permitindo a recolha do líquido.

O design baseado em zircônio MOF-801, que eles testaram em campo no deserto do Arizona, foi capaz de produzir cerca de 100 mililitros de água por quilo de pó.

Mas testes de laboratório mostraram que o novo MOF-303 é muito mais eficiente.

Um vídeo em inglês da UC Berkley tenta detalhar o funcionamento.

Coleta do ar sem energia. (em inglês)

“Reproduzimos as condições do deserto em nosso laboratório usando a nova estrutura meta-orgânica 303”, disse Kapustin.

“Ele foi capaz de fornecer até 400 mililitros de água por quilo de pó.”

Pesquisadores australianos na linha de prêmio global

A equipe de Berkeley não é a única pesquisadora que trabalha com esse tipo de tecnologia.

Os designers australianos foram selecionados para um prêmio de US $ 1,75 milhão em inovação em água. (Fornecido: University of Newcastle)

Uma equipe australiana está entre as cinco finalistas de uma competição mundial XPRIZE, que pedia invenções que pudessem ajudar a “aliviar a crise global da água”.

A competição XPRIZE desafiou os participantes a “criar um dispositivo que extraia um mínimo de 2.000 litros de água por dia da atmosfera usando 100 por cento de energia renovável, a um custo de não mais de 2 centavos por litro”.

Uma grande caixa de metal fica em uma inclinação para o sol lá fora.

Liderados pelo professor Behdad Moghtaderi, da Universidade de Newcastle, eles descobrirão em agosto se o projeto ganha o primeiro prêmio de US $ 1,75 milhão.

Semelhante ao modelo de Berkeley, o sistema do professor Moghtaderi absorve água durante a noite em bolsas de sílica. As bolsas são então aquecidas por energia solar durante o dia liberando vapor de água, que é então resfriado.

Mas ao contrário do projeto de Berkeley, a unidade do professor Moghtaderi usa energia solar para aquecer o ar no sistema e para acionar um ventilador e um condensador, disse ele.

“O ar ambiente entra a cerca de 25 graus Celsius, e sai do nosso sistema em cerca de 85 graus”, disse ele.

“Esse aumento na temperatura significa que podemos realmente aumentar o teor de umidade de cerca de 24 gramas para cerca de 400 gramas por metro cúbico de ar”.

O ar hiper-saturado é então empurrado através de um condensador, onde é resfriado e libera a água para coleta.

O sistema modular do professor Moghtaderi é capaz de produzir cerca de 20 litros de água por módulo por dia, mas ele disse que o projeto de Berkeley pode ser limitado pela escala que pode operar.

A questão é que o sistema precisa de grandes volumes de ar seco para entrar em contato com o MOF, mas sem um ventilador é dependente do fluxo de ar passivo.

“Vamos dizer que esses caras pretendem produzir 20 litros de água por dia. Com seu sistema, eles precisariam de pelo menos 100 kg de pó [MOF em pó], e precisariam de cerca de 800 metros cúbicos de ar para entrar em contato. com esse material “, disse ele.

“Onde você vai conseguir energia para trazer ar úmido para o material?”

“Quase um terço do mundo está sob estresse hídrico”
Embora ambos os modelos ainda estejam para ser testados em escala comercial, o potencial para um dispositivo que pode produzir água em condições áridas é vasto.

O benefício mais óbvio seria em regiões propensas à seca ou em áreas onde a qualidade da água é baixa, de acordo com o líder do projeto de Berkeley, Professor Omar Yaghi.

“Quase um terço do mundo sofre de estresse hídrico”, disse Yaghi durante uma entrevista em Berkeley.

“Ser capaz de fornecer água líquida é bastante poderoso.”

E o estresse hídrico provavelmente se tornará mais disseminado à medida que as mudanças climáticas lançarem um nível maior de imprevisibilidade nos padrões climáticos.

A Cidade do Cabo, na África do Sul, ainda está em risco de ficar sem água, apesar das chuvas recentes, e o Departamento Australiano de Meio Ambiente e Energia lista a crescente seca como uma das principais ameaças ao futuro agrícola da Austrália.

Kapustin disse que a capacidade de produzir água à vontade pode ter benefícios tanto rurais quanto urbanos.

“A Austrália também sofre escassez de água. Por isso, pode ser potencialmente útil para a agricultura, quando há necessidade de água doce”, disse ele.

“Em cidades como Flint Michigan, nos EUA, onde há água, mas ela está sempre contaminada, esses dispositivos podem produzir água potável”.

Em uma escala menor, pode ser possível que versões portáteis sejam transportadas ao viajar em áreas remotas como a Austrália central.

Um homem de 25 anos morreu depois que seu carro quebrou enquanto trabalhava no deserto de Simpson em 2012, e um comerciante de Darwin alega ter sido forçado a beber sua própria urina depois de bater seu carro perto da fronteira do Território do Norte com a Austrália do Sul no ano passado. .

Quer a equipe do professor Moghtaderi ganhe ou não o XPRIZE, ele disse que continuaria com suas pesquisas.

“Esta é a primeira vez que vou mencioná-lo, mas desenvolvemos uma grande configuração do nosso sistema, especificamente para aplicações de maior escala, e estamos olhando para 500 megalitros de água por dia”, disse ele.

“Estou muito feliz por termos chegado tão longe e estamos na verdade discutindo com algumas empresas na área da água que estão interessadas em testar nosso sistema e depois talvez comercializá-lo.”

Com informações da New Castle University, ABC NewsUC Berkley