Pesquisadores constroem uma unidade de dessalinização portátil que gera água potável sem a necessidade de filtros

Pesquisadores do MIT desenvolveram uma unidade de dessalinização portátil, pesando menos de 10 kg, que pode remover partículas e sais para gerar água potável.

O dispositivo do tamanho de uma mala, que requer menos energia para operar do que um carregador de celular, também pode ser conduzido por um pequeno painel solar portátil, que pode ser comprado on-line por cerca de US$ 50. Ele gera automaticamente água potável que excede os padrões de qualidade da Organização Mundial da Saúde. A tecnologia é embalada em um dispositivo fácil de usar que funciona com o apertar de um botão.

Ao contrário de outras unidades de dessalinização portáteis que requerem água para passar por filtros, este dispositivo utiliza energia elétrica para remover partículas da água potável. Eliminar a necessidade de filtros de substituição reduz consideravelmente os requisitos de manutenção a longo prazo.

Isso poderia permitir que a unidade fosse implantada em áreas remotas e severamente limitadas a recursos, como comunidades em pequenas ilhas ou a bordo de navios de carga marítimos. Também pode ser usado para ajudar refugiados que fogem de desastres naturais ou por soldados que realizam operações militares de longo prazo.

Tecnologia sem filtros

Unidades de dessalinização portáteis disponíveis comercialmente normalmente requerem bombas de alta pressão para empurrar a água através de filtros, que são muito difíceis de miniaturizar sem comprometer a eficiência energética do dispositivo, explica Yoon.

Em vez disso, sua unidade conta com uma técnica chamada polarização da concentração de íons (ICP),que foi pioneira pelo grupo de Han há mais de 10 anos. Em vez de filtrar a água, o processo ICP aplica um campo elétrico às membranas colocadas acima e abaixo de um canal de água. As membranas repelem partículas carregadas positiva ou negativamente, incluindo moléculas de sal, bactérias e vírus, à medida que passam. As partículas carregadas são canalizadas para um segundo fluxo de água que eventualmente é descarregado.

O processo remove sólidos dissolvidos e suspensos, permitindo que a água limpa passe pelo canal. Uma vez que requer apenas uma bomba de baixa pressão, o ICP usa menos energia do que outras técnicas.

Mas a CPI nem sempre remove todos os sais flutuando no meio do canal. Assim, os pesquisadores incorporaram um segundo processo, conhecido como eletrodiálise, para remover íons de sal restantes.

Yoon e Kang usaram aprendizado de máquina para encontrar a combinação ideal de módulos ICP e eletrodiálise. A configuração ideal inclui um processo ICP em duas etapas, com a água fluindo através de seis módulos no primeiro estágio e depois por três no segundo estágio, seguido por um único processo de eletrodiálise. Isso minimizou o uso de energia, garantindo que o processo permaneça autolimpante.

“Embora seja verdade que algumas partículas carregadas podem ser capturadas na membrana de troca de íons, se ficarem presas, apenas revertemos a polaridade do campo elétrico e as partículas carregadas podem ser facilmente removidas”, explica Yoon.

Eles encolheram e empilharam os módulos ICP e eletrodiálise para melhorar sua eficiência energética e permitir que eles se encaixassem dentro de um dispositivo portátil. Os pesquisadores projetaram o dispositivo para não especialistas, com apenas um botão para iniciar o processo de dessalinização e purificação automática. Uma vez que o nível de salinidade e o número de partículas diminuem para limiares específicos, o dispositivo notifica o usuário de que a água é potável.

Os pesquisadores também criaram um aplicativo para smartphone que pode controlar a unidade sem fio e relatar dados em tempo real sobre consumo de energia e salinidade de água.

Testes de praia

Depois de executar experimentos de laboratório usando água com diferentes níveis de salinidade e turbidez (nebulosidade),eles testaram o dispositivo em Campo em Carson Beach, Boston.

Yoon e Kwon definiram a caixa perto da costa e jogaram o tubo de alimentação na água. Em cerca de meia hora, o dispositivo havia enchido um copo de plástico com água limpa e potável.

“Foi um sucesso mesmo em sua primeira corrida, o que foi bastante emocionante e surpreendente. Mas acho que a principal razão pela qual tivemos sucesso é o acúmulo de todos esses pequenos avanços que fizemos ao longo do caminho”, diz Han.

A água resultante excedeu as diretrizes de qualidade da Organização Mundial da Saúde, e a unidade reduziu a quantidade de sólidos suspensos em pelo menos um fator de 10. Seu protótipo gera água potável a uma taxa de 0,3 litros por hora, e requer apenas 20 watts de potência por litro.

“No momento, estamos empurrando nossa pesquisa para aumentar essa taxa de produção”, diz Yoon.

Um dos maiores desafios de projetar o sistema portátil foi a engenharia de um dispositivo intuitivo que poderia ser usado por qualquer pessoa, diz Han.

Yoon espera tornar o dispositivo mais fácil de usar e melhorar sua eficiência energética e taxa de produção através de uma start-up que ele planeja lançar para comercializar a tecnologia.

No laboratório, Han quer aplicar as lições que aprendeu na última década a problemas de qualidade da água que vão além da dessalinização, como detectar rapidamente contaminantes na água potável.

“Este é definitivamente um projeto emocionante, e estou orgulhoso do progresso que fizemos até agora, mas ainda há muito trabalho a fazer”, diz ele.

A pesquisa foi financiada, em parte, pelo DEVCOM Soldier Center, pelo Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS),pelo Experimental AI Postdoc Fellowship Program da Northeastern University e pelo Roux AI Institute.

– Este comunicado de imprensa foi originalmente publicado no site do Massachusetts Institute of Technology