Pesquisadores do MIT desenvolveram uma unidade porta¡til de dessalinização, pesando menos de 10 quilos, que pode removerpartículas e sais para gerar águapota¡vel.

O dispositivo do tamanho de uma mala, que requer menos energia para funcionar do que um carregador de celular, também pode ser acionado por um pequeno painel solar porta¡til, que pode ser comprado online por cerca de US$ 50. Gera automaticamente águapota¡vel que excede os padraµes de qualidade da Organização Mundial da Saúde. A tecnologia éempacotada em um dispositivo amiga¡vel que funciona com o apertar de um botão.

Ao contra¡rio de outras unidades porta¡teis de dessalinização que exigem que a águapasse pelos filtros, este dispositivo utiliza energia elanãtrica para removerpartículas da águapota¡vel. A eliminação da necessidade de substituição de filtros reduz consideravelmente os requisitos de manutenção a longo prazo.

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

“Este érealmente o culminar de uma jornada de 10 anos em que eu e meu grupo estivemos. Trabalhamos durante anos na física por trás dos processos individuais de dessalinização, mas colocar todos esses avanços em uma caixa, construir um sistema e demonstra¡-lo no oceano, foi uma experiência realmente significativa e gratificante para mim ”, diz o autor saªnior Jongyoon Han, professor de engenharia elanãtrica e ciência da computação e de engenharia biológica e membro do Laborata³rio de Pesquisa em Eletra´nica (RLE).

Juntando-se a Han no artigo estãoo primeiro autor Junghyo Yoon, um cientista pesquisador da RLE; Hyukjin J. Kwon, ex-pa³s-doc; SungKu Kang, pa³s-doc na Northeastern University; e Eric Brack do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exanãrcito dos EUA (DEVCOM). A pesquisa foi publicada online na revista Environmental Science and Technology.

As unidades de dessalinização porta¡teis disponí­veis comercialmente normalmente exigem bombas de alta pressão para empurrar a águaatravanãs dos filtros, que são muito difa­ceis de miniaturizar sem comprometer a eficiência energanãtica do dispositivo, explica Yoon.

Em vez disso, sua unidade se baseia em uma técnica chamada polarização de concentração de a­ons (ICP), que foi iniciada pelo grupo de Han hámais de 10 anos. Em vez de filtrar a a¡gua, o processo ICP aplica um campo elanãtrico a s membranas colocadas acima e abaixo de um canal de a¡gua. As membranas repelempartículas carregadas positiva ou negativamente osincluindo moléculas de sal, bactanãrias e va­rus osa  medida que passam. Aspartículas carregadas são canalizadas para uma segunda corrente de águaque éeventualmente descarregada.

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

Mas o ICP nem sempre remove todos os sais que flutuam no meio do canal. Assim, os pesquisadores incorporaram um segundo processo, conhecido como eletrodia¡lise, para remover os a­ons de sal restantes.

Yoon e Kang usaram o aprendizado de ma¡quina para encontrar a combinação ideal de ma³dulos ICP e eletrodia¡lise. A configuração ideal inclui um processo ICP de dois esta¡gios, com águafluindo atravanãs de seis ma³dulos no primeiro esta¡gio e depois por três no segundo esta¡gio, seguido por um aºnico processo de eletrodia¡lise. Isso minimizou o uso de energia, garantindo que o processo permanea§a autolimpante.

“Embora seja verdade que algumaspartículas carregadas possam ser capturadas na membrana de troca ia´nica, se ficarem presas, apenas invertemos a polaridade do campo elanãtrico e aspartículas carregadas podem ser facilmente removidas”, explica Yoon.

Eles encolheram e empilharam os ma³dulos ICP e eletrodia¡lise para melhorar sua eficiência energanãtica e permitir que eles se encaixassem em um dispositivo porta¡til. Os pesquisadores projetaram o dispositivo para não especialistas, com apenas um botão para iniciar o processo automa¡tico de dessalinização e purificação. Uma vez que onívelde salinidade e o número departículas diminuem para limites específicos, o dispositivo notifica o usua¡rio que a águaépota¡vel.

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

Depois de executar experimentos de laboratório usando águacom diferentes na­veis de salinidade e turbidez (nublado), eles testaram o dispositivo em Carson Beach, em Boston.

Yoon e Kwon colocaram a caixa perto da costa e jogaram o tubo de alimentação na a¡gua. Em cerca de meia hora, o dispositivo encheu um copo de pla¡stico com águapota¡vel.

“Foi um sucesso mesmo em sua primeira execução, o que foi bastante emocionante e surpreendente. Mas acho que a principal razãodo nosso sucesso éo acaºmulo de todos esses pequenos avanços que fizemos ao longo do caminho”, diz Han.

A águaresultante superou as diretrizes de qualidade da Organização Mundial da Saúde e a unidade reduziu a quantidade de sãolidos suspensos em pelo menos um fator de 10. Seu prota³tipo gera águapota¡vel a uma taxa de 0,3 litros por hora e requer apenas 20 watts de energia por litro .

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

Um dos maiores desafios de projetar o sistema porta¡til foi projetar um dispositivo intuitivo que pudesse ser usado por qualquer pessoa, diz Han.

Yoon espera tornar o dispositivo mais fa¡cil de usar e melhorar sua eficiência energanãtica e taxa de produção por meio de uma startup que planeja lana§ar para comercializar a tecnologia.

No laboratório, Han quer aplicar as lições que aprendeu na última década a questões de qualidade da águaque va£o além da dessalinização, como a detecção rápida de contaminantes na águapota¡vel.

“Este édefinitivamente um projeto empolgante e estou orgulhoso do progresso que fizemos atéagora, mas ainda hámuito trabalho a fazer”, diz ele.

Por exemplo, embora “o desenvolvimento de sistemas porta¡teis usando processos de eletromembrana seja uma direção original e excitante na dessalinização de pequena escala e fora da rede”, os efeitos da incrustação, especialmente se a águativer alta turbidez, podem aumentar significativamente os requisitos de manutenção e custos de energia, observa Nidal Hilal, professor de engenharia e diretor do centro de pesquisa da New York University Abu Dhabi Water, que não esteve envolvido com esta pesquisa.

“Outra limitação éo uso de materiais caros”, acrescenta. “Seria interessante ver sistemas semelhantes com materiais de baixo custo.”

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