A Energia Solar Pode Fazer Mais do que Fornecer Energia Limpa – Ela Pode Gerar Água Potável em Regiões Áridas

Em nações como Canadá e Brasil, o acesso à água doce raramente é uma preocupação.  No entanto, a realidade é que existem inúmeras regiões povoadas e áridas ao redor do mundo onde a água doce é um luxo.  Felizmente, já existem soluções implementadas e em desenvolvimento para enfrentar esse problema – como os coletores de água atmosférica (AWH)

Em um avanço recente, pesquisadores desenvolveram um potencialmente revolucionário coletor de água atmosférica que utiliza tecnologia passiva baseada em adsorção alimentada por energia solar.  O cerne dessa inovação reside no uso de recém‑desenvolvidos “géis porosos super higroscópicos”.  Eles são compostos de nitreto de titânio, hidroxipropil metilcelulose e LiCl (THL) e demonstraram capacidades excepcionais de adsorção de água em uma ampla faixa de umidades (15%–90% UR).  A combinação única de materiais supostamente permite cinéticas rápidas de adsorção e dessorção (a velocidade com que uma substância previamente adsorvida é liberada), aumentando significativamente a eficiência quando utilizada em coletores de água atmosférica.

O estudo divulgado, detalhando o avanço mencionado, destaca a capacidade do dispositivo de alcançar altos rendimentos de água, mesmo em ambientes áridos, com sua aplicação prática já validada por testes ao ar livre em diferentes estações.

Esta tecnologia AWH, que demonstra uma abordagem sustentável e eficaz para mitigar a escassez de água em regiões áridas, compara-se favoravelmente com outros sistemas de coleta de água movidos a energia solar e, e, importante, cumpre os padrões da OMS para água potável.

Coletores de Água Atmosférica

Então, um novo gel poroso higroscópico foi desenvolvido e deve aumentar a eficiência e a eficácia dos AWHs em uso ao redor do mundo.  Isso é ótimo, mas como esses dispositivos realmente funcionam?

Como o nome sugere, um Coletor de Água Atmosférica (AWH) é um dispositivo projetado para extrair água do ar. Esses dispositivos são particularmente valiosos em regiões áridas onde fontes de água convencionais são escassas ou contaminadas. A tecnologia por trás dos AWHs existentes varia, mas geralmente gira em torno da captura de vapor d’água do ar e sua condensação em água líquida.

O design mais comum dos sistemas AWH baseia‑se no princípio da condensação, semelhante ao modo como o orvalho se forma. Esse design tipicamente envolve:

1. Entrada de ar: O ar é puxado para o sistema usando um ventilador.
2. Resfriamento e condensação: O ar úmido é então resfriado abaixo do ponto de orvalho, frequentemente usando um condensador refrigerado ou Peltier, fazendo com que o vapor d’água condense em gotas.
3. Coleta de água: A água condensada é coletada em um reservatório, filtrada e, às vezes, mineralizada para melhorar o sabor.
4. Distribuição: Finalmente, a água é armazenada para uso posterior ou canalizada diretamente para consumo imediato.

Os sistemas AWH podem variar em tamanho, desde unidades pequenas e portáteis adequadas para uso individual ou doméstico até instalações de grande escala industrial. A eficiência desses sistemas depende amplamente da umidade e temperatura ambiente; níveis mais altos de umidade geralmente resultam em maior produção de água – por isso, qualquer aumento de eficiência oferecido em ambientes áridos é bem‑recebido, como o proporcionado pelo uso dos novos géis porosos super higroscópicos.

Com sua capacidade de escalabilidade, os AWHs são comumente usados em diversos contextos:

Áreas Áridas e Propensas a Secas: Elas fornecem uma fonte crítica de água potável limpa em regiões onde a água é escassa.

Aplicações Militares: Unidades AWH portáteis são úteis para fornecer água a tropas em locais remotos.

Comunidades Remotas e Ajuda Humanitária: Elas oferecem uma fonte imediata de água potável em comunidades remotas ou durante desastres naturais, quando fontes de água tradicionais não estão disponíveis ou estão contaminadas.

Agricultura: Alguns sistemas AWH são usados para irrigação em regiões áridas.

Os avanços na tecnologia AWH envolvendo géis porosos super higroscópicos e MOFs (Estruturas Metal‑Orgânicas) estão prontos para melhorar os sistemas tradicionais baseados em refrigeração, oferecendo a capacidade de absorver vapor d’água a um custo energético muito menor. Essas inovações devem tornar os AWHs mais eficientes e viáveis em uma gama mais ampla de condições climáticas.

Abastecimento de Água Doce

A maior parte da água doce do mundo está presente em geleiras e calotas de gelo, representando aproximadamente 69% dos recursos globais de água doce. Elas estão principalmente localizadas em regiões polares e áreas de alta montanha, como Antártida, Groenlândia e diversas cadeias montanhosas ao redor do mundo. Os próximos maiores reservatórios de água doce são as fontes de água subterrânea, que constituem cerca de 30% do total. Apenas uma pequena fração (menos de 1%) da água doce mundial está acessível em rios, lagos e na atmosfera.

Em regiões onde coletores de água atmosférica (AWHs) são necessários, água limpa costuma ser difícil de encontrar por várias razões:

Climas Áridos: Muitas regiões que necessitam de AWHs são áridas ou semiáridas com baixa precipitação. Isso inclui extensas áreas da África, Oriente Médio, partes da América do Sul, Ásia Central e Austrália.

Esgotamento e Contaminação de Águas Subterrâneas: O uso excessivo de águas subterrâneas para agricultura e consumo, aliado à reposição inadequada, leva ao esgotamento. Além disso, as águas subterrâneas podem ser contaminadas por poluentes naturais e antropogênicos, tornando-as inseguras para consumo.

Falta de Infraestrutura: Muitas áreas remotas ou subdesenvolvidas carecem da infraestrutura para coletar, tratar e distribuir água. Isso costuma ser agravado por restrições econômicas.

Alterações Climáticas: Mudanças nos padrões climáticos estão afetando as fontes de água tradicionais. Algumas regiões enfrentam secas prolongadas, enquanto outras lidam com o derretimento de geleiras, o que impacta a disponibilidade de água a longo prazo.

Superpopulação e Urbanização: Em áreas densamente povoadas ou em rápida urbanização, os suprimentos de água existentes podem ser insuficientes para atender à demanda. Além disso, a urbanização frequentemente leva à poluição das fontes de água disponíveis.

Desafios Políticos e Econômicos: Em alguns casos, a gestão e distribuição dos recursos hídricos são afetadas por questões políticas e econômicas, levando a um acesso desigual à água.

Os AWHs oferecem uma alternativa ao extrair água do ar, o que pode ser uma solução viável em áreas onde outras fontes são inexistentes, insuficientes ou inseguras. Essa tecnologia é particularmente valiosa em regiões onde o ar é úmido, mas a precipitação é baixa, tornando as fontes de água convencionais pouco confiáveis.

Soluções Atuais

Atualmente, existem várias tecnologias que competem ou complementam os Coletores de Água Atmosférica (AWHs) na geração de água doce, particularmente em áreas onde a escassez de água é um problema significativo.  Contudo, cada uma traz seu próprio conjunto de vantagens e desafios.  Algumas das soluções alternativas mais notáveis incluem,

Desalinização: Este é um dos métodos mais proeminentes para produzir água doce a partir de água do mar ou água salobra. A desalinização utiliza predominantemente duas tecnologias: osmose reversa, que filtra a água através de uma membrana semipermeável, e desalinização térmica, que envolve o aquecimento e a evaporação da água seguida da condensação do vapor.  As plantas de desalinização são particularmente comuns em regiões áridas como o Oriente Médio.  Embora eficazes, os esforços de desalinização são tipicamente caros, exigindo grande quantidade de energia.

Reciclagem e Reúso de Água: Tecnologias avançadas de tratamento de água permitem a reciclagem de águas residuais em água potável. Isso inclui o tratamento de esgoto, águas residuais industriais e agrícolas.  A água reciclada pode ser usada para diversos fins, incluindo irrigação, processos industriais e reabastecimento de suprimentos de água doce.  Essa abordagem tipicamente requer grandes instalações e custos operacionais elevados.

Captação de Água da Chuva: Este é um método mais simples e tradicional de coletar e armazenar água da chuva para uso posterior.  Os sistemas de captação de água da chuva capturam água de telhados ou outras superfícies e a armazenam em tanques.  Embora menos avançado tecnologicamente que os AWHs, é uma forma sustentável de complementar o abastecimento de água, especialmente em regiões com chuvas sazonais.  Como esse método depende da precipitação, não é tão confiável quanto outras abordagens.  Também não há garantia de que a água coletada não precise de tratamento adicional para garantir que seja segura para consumo.

Colheita de Névoa: Semelhante aos AWHs, os coletores de névoa capturam água da atmosfera.  Eles utilizam grandes redes de malha para prender gotículas de água presentes na névoa, que então se acumulam e escorrem para tanques de coleta.  Esse método é adequado em áreas costeiras ou montanhosas onde a névoa é frequente.

Recarga de Águas Subterrâneas: Isso envolve direcionar água da chuva ou água reutilizada para o solo a fim de reabastecer aquíferos.  As técnicas incluem a construção de bacias de recarga, lagoas de infiltração e o uso de pavimentos permeáveis.  É um método para garantir suprimentos sustentáveis de água subterrânea, que é uma fonte importante de água doce em muitas regiões.

Destilador Solar de Água: Uma tecnologia simples onde a energia solar é usada para evaporar água contaminada ou salgada, e o condensado é coletado como água destilada.  Esse método é mais adequado para aplicações em pequena escala e é particularmente útil em áreas remotas com abundante luz solar.

Cada uma dessas tecnologias possui nichos de aplicação baseados em considerações geográficas, climáticas e econômicas.  Em muitos casos, uma combinação dessas tecnologias é empregada para garantir um abastecimento de água confiável e sustentável.