Está com sede? Pode ser possível extrair água limpa diretamente do ar que nos rodeia. Mesmo áreas extremamente secas contêm pequenas quantidades de umidade, e certos materiais podem absorver essa umidade e liberá-la como água potável. Nos últimos anos, os pesquisadores desenvolveram materiais semelhantes a esponjas que tornam possível essa “coleta de água atmosférica”.
A drenagem da água retida geralmente envolve calor – e uma longa espera. A maioria dos sistemas atuais depende da luz solar para aquecer esses materiais até que a umidade retida evapore e se condense em líquido. Essa etapa lenta pode se estender por muitas horas ou até dias.
Os engenheiros do MIT identificaram agora um método mais rápido para recuperar esta água. Em vez de depender do calor solar, a equipe usou vibrações ultrassônicas que afrouxaram a umidade.
A vibração ultrassônica oferece uma alternativa mais rápida
Os pesquisadores desenvolveram um dispositivo ultrassônico de alta frequência que vibra rapidamente. Quando um material absorvente de água, ou “sorvente”, fica no topo do dispositivo, ele envia ondas de ultrassom sintonizadas para quebrar as ligações que mantêm as moléculas de água unidas. Seus testes mostraram que esse método libera água em minutos, enquanto os sistemas movidos a calor normalmente levam minutos ou horas.
Por não utilizar calor, o aparelho necessita de uma fonte de energia. A equipe sugere que uma pequena célula solar poderia fornecer eletricidade e atuar como um sensor para detectar quando o material está saturado. O sistema pode ser configurado para ser ativado automaticamente quando houver acúmulo de água suficiente. Essa automação permitiria que a instalação coletasse e liberasse água repetidamente ao longo do dia.
Um passo em direção a sistemas práticos de ar-água
“As pessoas estão procurando maneiras de extrair água da atmosfera, que pode ser uma grande fonte de água, especialmente para regiões desérticas e locais que nem sequer têm água salgada para dessalinização”, disse Svetlana Boriskina, principal cientista pesquisadora do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT. “Agora temos uma maneira de recuperar água de forma rápida e eficiente.”
Boriskina e seus coautores descreveram o dispositivo em um estudo publicado em 18 de novembro. Comunicação da natureza. O artigo foi liderado pela primeira autora Iqra Iftekhar Shuvo, estudante de pós-graduação em Artes e Ciências da Mídia do MIT, junto com Carlos Diaz-Marin, Marvin Christen, Michael Larbet e Christopher Lim.
Melhoria da captação de água atmosférica
O grupo de pesquisa de Boriskina desenvolve materiais que interagem com as condições ambientais de formas inovadoras. Recentemente, eles exploraram a coleta de água atmosférica (AWH) e como os materiais podem ser feitos para extrair com eficiência a umidade do ar. O objetivo a longo prazo é fornecer uma fonte confiável de água potável para comunidades que carecem de abastecimento de água doce e salgada.
Tal como muitos outros grupos, inicialmente assumiram que os sistemas AWH instalados no exterior absorveriam a humidade durante a noite e depois dependeriam da luz solar durante o dia para a libertar através da evaporação e condensação.
“Qualquer material que seja muito bom na captação de água não quer se desfazer dela”, explica Boriskina. “Então é preciso investir muita energia e horas preciosas para tirar a água do material.”
Uma nova direção estimulada pela pesquisa de ultrassom
A ideia de uma abordagem rápida nasceu depois que Iqra ingressou no Grupo Shuvo. Shubo estava trabalhando em ultrassom para dispositivos médicos vestíveis e, durante discussões com Boriskina, eles perceberam que as vibrações ultrassônicas poderiam acelerar drasticamente a etapa de liberação de água na coleta de água atmosférica.
“A coisa deu certo: temos um grande problema que estamos tentando resolver, e agora parece que a Ikra tem uma ferramenta que pode ser usada para resolver esse problema”, lembra Boriskina.
Como o ultrassom libera água
Ultrassom refere-se a ondas de pressão acústica superiores a 20 kHz (20.000 ciclos por segundo). Essas ondas de alta frequência são invisíveis e inaudíveis para os humanos. A equipe descobriu que, na frequência certa, o ultrassom pode libertar moléculas de água do material que elas contêm.
“Com o ultrassom, podemos quebrar com precisão as ligações fracas entre as moléculas de água e onde elas ficam”, diz Shuvo. “É como se a água estivesse dançando com as ondas, e essa perturbação direcionada cria movimentos que liberam as moléculas de água, e podemos vê-las vibrar na gota.”
Projetando um atuador de alta frequência
Shubo e Boriskina desenvolveram um atuador ultrassônico especificamente para coleta de água atmosférica. No seu centro está um anel cerâmico plano que vibra quando a tensão é aplicada. Ao seu redor há outro anel com bicos menores. À medida que as gotas relaxam, elas caem através do bocal para um recipiente coletor colocado acima e abaixo do anel vibratório.
A equipe testou o dispositivo usando materiais AWH desenvolvidos anteriormente. Eles colocaram pequenos pedaços de sorvente do tamanho de um quarto em uma câmara de umidade em vários níveis de umidade até que cada amostra estivesse completamente saturada. Cada amostra foi então colocada no atuador e vibrada em uma frequência ultrassônica. Em cada teste, o atuador liberou umidade suficiente para secar o material em minutos.
Ganhos de habilidades e possibilidades práticas
Os pesquisadores estimam que o método ultrassônico é 45 vezes mais eficiente do que depender do calor solar para extrair água do mesmo material.
“A beleza deste dispositivo é que ele é totalmente complementar e pode ser um complemento para quase qualquer material sorvente”, disse Boriskina. Ele prevê um sistema doméstico que utiliza um material de rápida absorção conectado a um atuador ultrassônico, cada um do tamanho aproximado de uma janela. Quando o material fica saturado, o atuador será ativado brevemente usando a energia de uma célula solar, sacudirá a água e depois reiniciará para outro ciclo.
“É tudo uma questão de quanta água você consegue extrair a cada dia”, diz ela. “Com o ultrassom, podemos recuperar rapidamente a água e ciclá-la continuamente.
Este trabalho foi apoiado em parte pelo Laboratório de Sistemas de Água e Alimentos do MIT Abdul Latif Jameel e pelo Fundo STEM do MIT-Israel Zuckerman.
