Tecnologia de Polímero Alimentada por Energia Solar Reduz pela Metade os Custos de Dessalinização

Grande parte do mundo moderno depende de infraestruturas frequentemente esquecidas, como estradas, portos, linhas elétricas, etc.

Outra infraestrutura crítica é a água, desde a captação até a purificação e tratamento de águas residuais. O acesso a água limpa não é apenas importante para a vida cotidiana e para manter a poluição sob controle; é também um recurso vital para a fabricação, centros de dados, etc.

Infelizmente, a imensa maioria da água na Terra está presa nos oceanos ou nas geleiras do Ártico e da Antártida, deixando menos de 1% disponível como água doce utilizável.

Fonte: OpenEdu

É por isso que métodos eficientes de dessalinização que não dependem de processos caros e que consomem muita energia podem ser uma grande inovação. Eles não apenas poderiam ajudar regiões áridas que atualmente dependem de tais métodos de dessalinização dispendiosos, mas também poderiam gerar água doce em qualquer costa da Terra, onde já vivem 80% da população global.

A capacidade contratada cumulativa de dessalinização já ultrapassou 100 milhões de m³/d, e quase 60% da dessalinização é destinada ao consumo humano, com já 21.000 plantas de dessalinização de água do mar em todo o mundo.

Tornar essas estações mais eficientes também reduziria o consumo de energia e ajudaria a diminuir as emissões de carbono, um passo importante, já que o aquecimento global é, por si só, um fator de desertificação e escassez de água que torna a dessalinização ainda mais necessária.

Pesquisadores chineses da Academia de Ciências de Pequim desenvolveram um novo polímero com uma nova arquitetura fototérmica tridimensional (3D) que acelera a evaporação, tornando a dessalinização alimentada por energia solar muito mais eficiente, reduzindo o consumo de energia da evaporação em 45,7%. Eles publicaram suas descobertas na Advanced Materials¹, sob o título “Arquiteturas Nano-Fototérmicas 3D Intertravadas e Estabilizadas Permitem Dessalinização Solar Distribuída”.

Dessalinização Alimentada por Energia Solar

Existem muitas maneiras de remover o sal da água do mar para transformá‑la em água potável. Atualmente, o método de dessalinização em larga escala mais comum utiliza osmose reversa, onde bombas de alta pressão forçam a água através de membranas especializadas com poros microscópicos, separando a água pura dos sais dissolvidos.

O problema é que esse processo consome bastante energia e requer membranas artificiais caras para funcionar.

Uma alternativa são os métodos térmicos, que aproveitam o fato de que, quando a água evapora, o sal fica para trás, resultando em vapor de água pura. Contudo, esse também é um processo que demanda muita energia.

A maioria das áreas áridas são desertos e são caracterizadas por luz solar intensa, o que torna a luz do sol a fonte lógica a ser usada para a dessalinização.

É por isso que qualquer material que possa ajudar a evaporação a ocorrer com menos energia pode mudar radicalmente a economia da dessalinização. Por exemplo, já abordamos como hidrogel pode ajudar fótons a criar evaporação independentemente do calor ou como um processo de concentração iônica pode ser usado para criar uma unidade portátil de dessalinização que pesa menos de 10 quilogramas.

O que diferencia o novo polímero desenvolvido pelos pesquisadores chineses é que ele combina durabilidade, facilidade de fabricação e testes em condições reais que demonstraram sua viabilidade econômica ao produzir água fresca mais barata que água engarrafada e capaz de sustentar o cultivo de plantas.

Dessalinização Alimentada por Energia Solar Através de Polímeros

Maximizando a Exposição à Luz Solar

Em teoria, usar a luz solar para dessalinização é o processo mais simples, pois utiliza o calor do Sol para evaporar a água. Na prática, a taxa de evaporação pode depender de muitas variáveis, como calor ambiente, área de superfície, umidade relativa do ar, movimentação do ar, pressão e temperatura da água.

“A evaporação impulsionada por energia solar é uma abordagem promissora, mas sua implantação prática costuma ser dificultada pela dificuldade de integrar sinergicamente desempenho, robustez e viabilidade econômica.”

Como a água é exposta ao ar e aos raios solares pode mudar radicalmente a velocidade da evaporação e a energia necessária. Com isso em mente, os pesquisadores desenvolveram um polímero com estruturas ocas únicas interligadas que maximizam a evaporação.

Fonte: Advanced Materials

“A estrutura contém cadeias poliméricas rigidamente ligadas com estruturas ocas que proporcionam uma taxa de evaporação recorde, 8,5 vezes maior que as taxas previamente relatadas para a tecnologia.”

Essa estrutura maximiza a captura de luz solar, reduzindo a energia necessária para a evaporação. No total, o consumo de energia da evaporação foi drasticamente reduzido quando a absorção de luz solar se aproximou do máximo teórico.

“Esta estrutura exibe 90,2% de absorção solar de banda larga e reduz o consumo de energia da evaporação em 45,7%.”

Captadores Solares Ótimos de Polímero

O material usado foi Ta₂O₅/C (pentóxido de tântalo‑carbono), capaz tanto de absorver luz solar quanto de formar fortes ligações moleculares poliméricas. O modo de funcionamento consiste nas cadeias de polímero de poliéster que penetram precisamente a estrutura porosa das nanossferas, criando uma “morfologia de nanofloresta”.

Fonte: Advanced Materials

O pesquisador testou vários comprimentos de tubos capilares para observar qual seria o melhor para desencadear a evaporação. Eles descobriram que, com a estrutura oca adicionada, os capilares de PET alcançaram quase eficiência máxima com apenas 15 centímetros de comprimento.

Fonte: Advanced Materials

Durabilidade e Aplicações Comerciais

Após 30 dias em água do mar, o material ainda não apresentava alterações nem pelo sal nem pela luz solar, sem danos detectáveis mesmo quando observado por microscopia eletrônica. Além disso, nenhum radical livre ativo foi detectado quando o material foi exposto à luz, sugerindo boa durabilidade e confiabilidade em uso de longo prazo, já que radicais são um dos principais fatores de degradação de plásticos pela luz solar.

Os pesquisadores estimam que o material pode durar anos em condições reais e manter seu desempenho intacto, pré‑requisito para quaisquer aplicações em larga escala.

Eles também testaram o potencial de produção em massa, usando um reator hidrotérmico de laboratório de 20 litros e um forno de túnel de múltiplas zonas, produzindo 100 g do material; o método é fácil de aplicar para lotes muito maiores, de dezenas de quilogramas de material, pelo menos.

Uma análise completa de custos ao longo do ciclo de vida indica que, após dois anos de operação, o custo de produção de água ficará abaixo do da água engarrafada comercialmente disponível, demonstrando competitividade econômica significativa, ao menos para água potável em qualquer área com acesso ao mar.

Fonte: Advanced Materials

Testando Protótipos

Os pesquisadores usaram seu material em um dispositivo solar de dessalinização por condensação ativa de 0,75 m². Ele produziu mais de 20 litros (5,2 galões) de água doce sob luz solar natural, com qualidade que atende aos padrões de potabilidade da OMS.

Essa produção é suficiente para suprir as necessidades básicas diárias de consumo de água de cerca de dez pessoas, usando apenas luz solar e água do mar.

Fonte: Advanced Materials

A mesma água também foi testada para auxiliar o crescimento de diversas culturas ao longo de uma estação completa, usando uma área de demonstração de 5 m². Eles cultivaram espinafre, milho e repolho chinês, ilustrando como esse sistema pode ajudar a produzir alimentos em regiões áridas.

Fonte: Advanced Materials

Futuro da Dessalinização

Testes adicionais com este novo material podem ser realizados para otimizar ainda mais a produção. Por exemplo, conjuntos simples de espelhos poderiam ajudar a aquecer a água e impulsionar a evaporação a uma taxa ainda maior, ao custo de muito poucos materiais ou complexidade de instalação.

De forma semelhante, maquinários adicionais como ventiladores ou outros sistemas de apoio, como aumento de pressão ou redução da umidade, todos alimentados por painéis fotovoltaicos, também poderiam elevar ainda mais a produtividade.

No geral, é provável que uma combinação de materiais avançados que aumentam a eficiência e designs suficientemente simples para serem escalados economicamente domine as soluções de dessalinização.

E as empresas com expertise em manejo de água doce e plantas de dessalinização adotarão progressivamente esses novos designs e atualizarão suas infraestruturas de acordo.

Investindo em Infraestrutura Hídrica

Consolidated Water

Consolidated Water (CWCO ) é um fornecedor importante de água doce para o Caribe e os EUA. Sua especialidade são plantas de dessalinização, com foco em áreas com suprimento limitado de água fresca.

Possui um total de 11 plantas em operação, gerando 27,3 milhões de galões de água doce diariamente, além de 97 plantas de tratamento de água. Um contrato chave da empresa está nas Ilhas Cayman, onde detém licença exclusiva de utilidade de água para fornecer 6 milhões de galões por dia.

Fonte: Consolidated Water

A empresa ganhou recentemente o contrato para um grande projeto de planta no Havaí, para projetar, construir, operar e manter uma nova planta de dessalinização por osmose reversa de água do mar em O’ahu. Ela produzirá 1,7 milhão de galões de água potável diariamente. Será a 24ª planta de osmose reversa de água do mar construída pela Consolidated Water, e a primeira nos EUA. Gerará US$ 148 milhões em receitas nos primeiros dois anos, seguidos por receitas estáveis nos 24 anos seguintes, totalizando US$ 204 milhões.

Além de operar plantas de água, a empresa também fabrica equipamentos de tratamento de água através da AEREX. A AEREX foi adquirida em 2020 e tem sido uma entre várias aquisições, proporcionando à empresa maior escala e expertise em seu nicho (outras aquisições incluíram Ramey Environmental Compliance ‑ REC e PERC Water Corporation na Califórnia).

A empresa tem receitas estáveis provenientes da produção de água, e receitas mais variáveis provenientes de projetos de construção esporádicos de grande porte.

Fonte: Consolidated Water

A empresa construiu sua expertise em dessalinização e na solução de necessidades hídricas urgentes onde não existiam soluções fáceis. O surgimento de novas tecnologias de dessalinização combinadas com o aumento da escassez de água devem ajudar a Consolidated Water a conquistar novos mercados e crescer suas receitas no futuro. Além disso, um balanço patrimonial forte deve facilitar aquisições estratégicas e cobrir os gastos de capital e P&D para novos projetos de plantas de água.

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Estudo Referenciado

^{1. Dan Yu et al., Arquiteturas Nano-Fototérmicas 3D Intertravadas e Estabilizadas Permitem Dessalinização Solar Distribuída. Advanced Materials. 21 de junho de 2026. https://doi.org/10.1002/adma.73756}