Tornar a Captação de Água Atmosférica Mais Eficiente é Fundamental em Regiões Áridas

Água Potável a Partir do Ar Fino

Em muitas regiões do mundo, água doce é um bem escasso. Uma opção de acesso poderia ser a dessalinização, mas até agora é uma abordagem muito intensiva em energia, mesmo que alguns avanços em tecnologia solar a tenham aproximado da realidade recentemente. A dessalinização de água do mar também não é viável para muitas regiões áridas interiores, como, por exemplo, a Ásia Central, Mongólia, as montanhas chilenas ou a maior parte do Deserto do Saara.

Outra opção é capturar a água presente no ar. Muitos desertos na verdade têm umidade atmosférica relativamente alta, mas por razões climáticas, não formam chuva nem nuvens. Esta é a promessa da captação de água atmosférica. Nós já abordamos como o resfriamento passivo combinado com um revestimento de silício pode aumentar a eficiência da captação de água baseada na gravidade.

Os pesquisadores agora buscam melhorar ainda mais o método, notadamente usando novos tipos de polímeros. Cientistas da Osaka Metropolitan University realizaram esta pesquisa, que foi publicada na ACS ES&T Water sob o título “Liquid Polyether-Based Water Harvester for Near Ambient Temperature Operation via Hydrophilicity-Difference-Induced Water Transfer¹.”

Adsorção de Água

Um método para colher água do ar fino é usar um polímero capaz de “adsorver” a água. Adsorção é a capacidade de substâncias sólidas atrair moléculas de gases ou soluções com as quais entram em contato em suas superfícies – neste caso, vapores de água gasosos e gotículas de água suspensas no ar.

No dia a dia, conhecemos materiais adsorventes como a sílica gel em embalagens comerciais. Este é, na verdade, um processo bastante eficiente, e pode coletar muita água ambiente.

Fonte: Osaka Metropolitan University

O problema é fazer o polímero liberar essa água. Normalmente, é necessário calor em torno de 100 °C para dessorver esses polímeros, o que, claro, os torna muito ineficientes em termos de energia e caros. Em contraste, o novo polímero desenvolvido em Osaka é diferente.

Dessorção a Baixa Temperatura

A questão de liberar a água do polímero é que as mesmas características que tornam um polímero um bom adsorvente são também as que dificultam a liberação, exigindo altas temperaturas para que isso ocorra.

Anteriormente, os pesquisadores tentaram misturar polietileno glicol (PEG) e poli(propileno glicol) oligomérico (PPG), criando um mecanismo de “transferência de água induzida por diferença de hidrofobicidade (HWT)”.

Em termos mais simples, a diferença na adsorção de água entre os dois tipos de polímeros criou uma capacidade mais fraca de reter a água adsorvida. Isso permitiu a criação de um adsorvente de umidade líquida que requer apenas uma temperatura em torno de 35 °C / 95 °F para operar.

No entanto, isso limitou a capacidade de adsorção de água da mistura, tornando-a menos produtiva mesmo sendo muito menos intensiva em energia.

Co-Polímero PEG-PPG

No experimento mais recente, os pesquisadores tentaram misturar um copolímero PEG-PPG com PEG.

Fonte: ACS Publication

Essa mistura aumentou ainda mais o efeito HWT, resultando no melhor resultado possível:

• A baixa temperatura de recuperação foi preservada
• A taxa de captação de água foi, na verdade, maior que a do PEG sozinho, que normalmente era o elemento que mais adsorvia água.

O copolímero aleatório PEG-PPG exibiu a maior taxa de captação de água, acima da do PEG. A recuperação de água aprimorada originou‑se do efeito sinérgico do HWT e do colapso dos aglomerados de água.

Aplicações

A baixa temperatura necessária para coletar a água e regenerar o polímero muda radicalmente o potencial desta tecnologia. Primeiro, elimina a necessidade de altas temperaturas que consomem energia, melhorando radicalmente as credenciais ambientais da ideia.

“Espera‑se que melhorias nesta tecnologia também levem a reduções nas emissões de gases de efeito estufa e ao uso mais eficiente dos recursos hídricos. De agora em diante, buscaremos melhorar o adsorvente de umidade líquida e aumentar a eficiência de todo o sistema para torná‑lo prático.”

Masahide Takahashi – Professor da Osaka Metropolitan University

Em segundo lugar, porque 35 °C / 95 °F é muito mais fácil de alcançar, poderia ser criado apenas aproveitando o ciclo dia‑noite, especialmente em regiões desérticas onde o dia é bastante quente, como a maioria dos desertos ao redor da zona tropical (Saara, Oriente Médio, Índia, México e sudoeste dos EUA, etc.).

Regiões mais frias como a Mongólia podem ser mais complicadas, mas talvez um simples espelho de folha metálica possa ajudar a alcançar o limiar de 35 °C quando houver sol. Isso abre caminho para um sistema completamente passivo, gerando água automaticamente com muito pouco esforço.

A mesma tecnologia também poderia ser rapidamente implantada em regiões que precisam urgentemente de água potável.

“Esta tecnologia tem potencial para ser aplicada não apenas ao abastecimento de água em regiões áridas e locais com recursos energéticos limitados, mas também para garantir acesso à água em tempos de desastres e emergências.”

Arisa Fukatsu – Professora assistente da Osaka Metropolitan University

Desenvolvimentos adicionais poderiam ser construídos sobre esta pesquisa também. Por exemplo, nada prova que a mistura de polímeros descoberta aqui seja a combinação ótima.

Em teoria, muitas outras misturas de polímeros hidrofílicos e ligeiramente menos hidrofílicos poderiam cumprir a função. Portanto, agora que o princípio foi demonstrado, uma exploração sistemática de novos materiais adsorventes de água poderia ajudar a melhorar ainda mais o rendimento, aproximando a técnica da viabilidade comercial.

Empresa que Resolve a Escassez de Água

Xylem Inc.

Juntamente com a europeia Veolia, a Xylem é líder global em purificação de água, tratamento de águas residuais e dessalinização. Emprega mais de 23.000 pessoas (das quais mais de 6.000 engenheiros) e opera em 150 países, com foco nos EUA, atendendo a mais de 35.000 clientes industriais diretos.

Seu principal mercado é o de abastecimento municipal de água potável e águas residuais, mas também oferece soluções dedicadas a outros setores como saúde, energia, alimentos & bebidas, petróleo & gás, microeletrônica, etc.

Fonte: Xylem

A Xylem pode fornecer os equipamentos patenteados críticos para limpar ou produzir água, como geradores de ozônio, lâmpadas UV, membranas de dessalinização, geradores de água ultra‑pura, etc. Mas também fornece equipamentos “mais simples” igualmente críticos para operações relacionadas à água, como turbinas, bombas, tubulações, injeção, softwares, etc., além de serviços de manutenção, reparo e instalação.

Fonte: Xylem

O mercado de água ainda é muito fragmentado, com a Xylem sendo uma das maiores empresas do setor, mas ainda detendo “apenas” 10 % de participação de mercado em seu mercado endereçável de US$ 80 bi.

A empresa investe cerca de 4 % de suas vendas em P&D. Deve se beneficiar de novas regulamentações referentes a PFAS (substâncias per‑ e polifluoroalquil), ou produtos químicos eternos), com mais de 6.000 instalações de serviços públicos necessitando desse tratamento de PFAS.

A Xylem tem crescido de forma constante, com o lucro líquido passando de US$ 297 mi em 2012 para US$ 609 mi em 2023, mantendo uma margem EBITDA estável entre 17‑219 %.

No geral, isso torna o perfil de investimento da empresa menos parecido com o de uma companhia industrial (geralmente cíclica) e mais parecido com o de uma empresa de serviços públicos que cresce com a economia geral ou um pouco acima dessa taxa, como a maioria de seus consumidores.

Referência do Estudo:

^{1. Ikegawa, D., Fukatsu, A., Okada, K., & Takahashi, M. (2024). Liquid polyether-based water harvester for near ambient temperature operation via hydrophilicity-difference-induced water transfer. ACS ES&T Water. https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00775}