Nova Compreensão da Evaporação Pode Ver Fotões Melhorarem Processos de Dessalinização Através do ‘Efeito Fotomolecular’

Até recentemente, havia poucas variáveis acordadas que poderiam resultar em/afetar a evaporação da água – o processo pelo qual a água passa de líquida para gasosa. No entanto, novas pesquisas provenientes do Massachusetts Institute of Technology (MIT) estão prestes a mudar isso, apontando para uma nova compreensão de como fótons simples (luz) podem desempenhar um papel desproporcional no processo. Com isso em mente, os pesquisadores descobriram que os fótons podem evaporar água tanto ao lado quanto na ausência de calor.

Variáveis Pré-Existentes

Antes de mergulhar em por que essa descoberta importa, reserve um momento para rever a lista anterior de variáveis que desempenham um papel na evaporação.

1. Calor: A principal causa da evaporação é o calor. As moléculas de água estão sempre em movimento, e à medida que ganham energia térmica, seu movimento aumenta. Quando a energia é suficiente para superar as forças intermoleculares que mantêm as moléculas unidas no líquido, elas podem escapar para o ar como vapor.
2. Área de Superfície: A taxa de evaporação também depende da área de superfície da água. Uma área de superfície maior permite que mais moléculas sejam expostas ao ar, onde podem evaporar.
3. Umidade: A quantidade de vapor d’água já presente no ar afeta a evaporação. Se o ar já está saturado com vapor d’água, a evaporação será mais lenta. Isso ocorre porque quanto maior a umidade, menor a taxa de evaporação devido à capacidade reduzida do ar de receber mais moléculas de água.
4. Movimento do Ar: O vento ou o movimento do ar pode levar o vapor d’água à medida que se forma, reduzindo a umidade logo acima da água e permitindo que mais água evapore.
5. Pressão: A pressão atmosférica também afeta a evaporação. Quando a pressão atmosférica é menor, a água ferve a uma temperatura mais baixa e evapora mais rápido. Alta pressão atmosférica pode inibir a evaporação.
6. Temperatura da Água: Além das fontes externas de calor, a temperatura da própria água é um fator. Água mais quente evapora mais rápido porque suas moléculas têm mais energia em média.

Essencialmente, a água evapora quando suas moléculas têm energia suficiente para se libertar da fase líquida e se tornar vapor d’água. Esse processo é influenciado por temperatura, umidade, pressão, vento e as características físicas do corpo d’água em si. Agora, podemos colocar a exposição a fótons na lista.

Não Confundir

Vaporização: Um termo geral que inclui evaporação, mas também abrange a ebulição, onde o líquido se transforma em vapor em seu ponto de ebulição em todo o volume do líquido.

Condensação: O processo inverso da evaporação envolvendo o resfriamento de um gás, que resulta na sua transição para a fase líquida.

A evaporação, por outro lado, é um tipo de vaporização que ocorre na superfície de um líquido abaixo de seu ponto de ebulição.

Como Foi Alcançado?

Então, como os pesquisadores do MIT descobriram que os fótons podem ser adicionados à lista de variáveis associadas à evaporação? As descobertas da equipe foram obtidas por meio de uma série de experimentos e simulações focados no comportamento de evaporação da água quando contida dentro de um hidrogel. Este trabalho foi inicialmente realizado enquanto a equipe buscava entender e reafirmar experimentos anteriores que produziram resultados nos quais as taxas de evaporação da água superaram o limite térmico esperado – a quantidade máxima de evaporação possível quando uma certa quantidade de calor é aplicada.

Para recriar esses resultados, os pesquisadores utilizaram um ‘simulador solar’.  Aqui, hidrogéis saturados foram expostos a vários comprimentos de onda de luz na ausência de calor. Curiosamente, os resultados mostraram que, apesar da falta de influência do calor, ocorreu uma perda mensurável de massa ao longo do tempo, com as diferenças mais pronunciadas encontradas quando a luz verde foi usada.  Com a resposta sendo independente dos efeitos térmicos, isso confirmou que a luz, e não o calor, foi a causa da evaporação.

No final, os pesquisadores descobriram que, contra as expectativas convencionais, uma combinação de água e hidrogel permitiu que a energia dos fótons fosse aproveitada para impulsionar a evaporação além dos limites térmicos conhecidos.  O processo agora está sendo chamado de ‘efeito fotomolecular’.

Por Que Isso Importa?

Esta descoberta do efeito fotomolecular pode revolucionar várias indústrias e ciências ambientais. Elas podem se estender para incluir sistemas de armazenamento e recuperação de energia renovável, onde taxas de evaporação controladas são críticas.  Por exemplo, isso pode levar ao desenvolvimento de novos materiais ou superfícies projetadas para maximizar a evaporação da água para armazenamento de energia em climas secos.

Na agricultura, esse princípio pode ser usado para desenvolver sistemas de irrigação mais eficientes que minimizem a perda de água restringindo a exposição a certos comprimentos de onda, conservando água enquanto sustentam o crescimento das plantas.

No campo da meteorologia, compreender o efeito fotomolecular poderia melhorar os modelos de previsão do tempo ao fornecer uma representação mais precisa da dinâmica do ciclo da água.

Além disso, as indústrias farmacêutica e alimentícia, que frequentemente dependem de processos de secagem precisos, poderiam observar melhorias na eficiência e controle da remoção de umidade dos produtos.

Por fim, no planejamento urbano e no desenvolvimento de arquitetura sustentável, essa descoberta pode inspirar sistemas de resfriamento inovadores que utilizam a energia solar de forma mais eficiente, reduzindo a dependência do ar condicionado tradicional e contribuindo para projetos de edifícios que economizam energia.

Primeiros a Beneficiar-se dos Fótons

Embora haja uma grande variedade de indústrias que podem ver melhorias de eficiência de processos através desta nova compreensão da evaporação, os pesquisadores por trás da descoberta acreditam que o exemplo mais óbvio seriam aqueles envolvidos com a dessalinização solar de água salgada.

Dessalinização é simplesmente o processo pelo qual o sal e os minerais são removidos da água, tornando-a adequada tanto para consumo quanto para irrigação.  Com o aumento das energias renováveis, esse processo está cada vez mais sendo alimentado por energia solar.  A seguir estão as empresas envolvidas com dessalinização solar, que podem em breve beneficiar-se das descobertas discutidas acima.

Consolidated Water (CWCO ) (NASDAQ: CWCO): Com sede nas Ilhas Cayman, a Consolidated Water tem crescido desde sua fundação em 1973 para se tornar uma empresa multinacional especializada em plantas de dessalinização de água do mar.

No momento da redação, a Consolidated Water apresentava as seguintes métricas.

Capitalização de Mercado:$465,675,764

P/L Futuro 1 Ano:  20.06

Lucro por Ação (EPS): N/D

Solar Water Plc: Esta empresa com sede no Reino Unido desenvolveu uma tecnologia de cúpula solar destinada a dessalinizar água do mar, particularmente focada em regiões com alta irradiação solar e escassos recursos de água doce.

Abengoa: Uma corporação multinacional espanhola que tem participado no desenvolvimento de grandes plantas de dessalinização alimentadas por energia solar, particularmente em áreas como o Oriente Médio e o Norte da África.

Apesar da amplitude de suas operações, a Abengoa tem estado à beira da falência por vários anos.  Novos processos que têm o potencial de aumentar significativamente a eficiência operacional podem ser a chave para a sobrevivência.

Essas empresas estão ativas em várias partes do mundo, atendendo às necessidades de água doce de regiões áridas e áreas com acesso limitado a água limpa – uma necessidade que só continuará a crescer com o tempo.

Considerações Finais

Embora tal descoberta possa parecer mundana à primeira vista, ela está longe de ser.  Não só demonstra quão limitada é nossa compreensão de conceitos e processos que há muito se acreditava serem dominados, como também possui potencial para aplicações generalizadas.

Empresas inovadoras e visionárias dependem de avanços científicos como este para desenvolver e oferecer soluções que aproveitam novas capacidades e eficiências.  Agora, empresas como Consolidated Water, Veolia e Solar Water PLC precisam se adaptar e avançar com isso.