Ao gravar metal com rajadas ultracurtas de laser, os pesquisadores de Rochester demonstram uma maneira de purificar a água sem desperdiçar energia.
Em meio à pandemia do coronavírus, as pessoas nos países desenvolvidos têm garantia de amplo suprimento de água limpa para lavar as mãos com a freqüência necessária para se proteger do vírus. E, no entanto, quase um terço da população mundial nem mesmo tem garantia de água potável para beber.
Os pesquisadores da Universidade de Rochester encontraram agora uma maneira de resolver esse problema usando a luz solar - um recurso que todos podem acessar - para evaporar e purificar a água contaminada com eficiência superior a 100%.
Como isso é possível?
Em um artigo na Nature Sustainability, pesquisadores do laboratório de Chunlei Guo, professor de ótica, demonstram como uma explosão de pulsos de laser de femtossegundos gravam a superfície de uma folha normal de alumínio em um material superwicking (que atrai água) e superabsorvente de energia .
Quando colocado na água em um ângulo voltado para o sol, a superfície:
- Desenha uma fina película de água para cima sobre a superfície do metal;
- Retém quase 100% da energia que absorve do sol para aquecer rapidamente a água;
- Simultaneamente muda as ligações intermoleculares da água, aumentando significativamente a eficiência do processo de evaporação ainda mais.
Usar a luz do sol para ferver é há muito reconhecido como uma forma de eliminar os patógenos microbianos e reduzir as mortes por infecções diarreicas. Mas a água fervente não elimina metais pesados e outros contaminantes.
Experimentos de laboratório mostram que seu novo método reduz a presença de todos os contaminantes comuns, como detergente, corantes, urina, metais pesados e glicerina, a níveis seguros para beber.
Purificação de água com base solar: buscando um método eficiente
A purificação de água com base solar pode reduzir bastante os contaminantes porque quase todas as impurezas são deixadas para trás quando a água em evaporação se torna gasosa e então condensa e é coletada.
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O método mais comum de evaporação de água com base solar é o aquecimento de volume, no qual um grande volume de água é aquecido, mas apenas a camada superior pode evaporar. Isso é obviamente ineficiente, diz Guo, porque apenas uma pequena fração da energia de aquecimento é usada.
Uma abordagem mais eficiente, chamada de aquecimento interfacial, coloca materiais flutuantes, de absorção e drenagem de várias camadas sobre a água, de modo que apenas a água próxima à superfície precise ser aquecida. Mas todos os materiais disponíveis devem flutuar horizontalmente sobre a água e não podem ficar de frente para o sol. Além disso, os materiais absorventes disponíveis ficam rapidamente obstruídos com contaminantes deixados para trás após a evaporação, exigindo a substituição frequente dos materiais.
O painel desenvolvido pelo laboratório de Guo evita essas ineficiências puxando uma fina camada de água para fora do reservatório e diretamente sobre a superfície do absorvedor solar para aquecimento e evaporação. “Além disso, como usamos uma superfície com ranhuras abertas, é muito fácil de limpar simplesmente pulverizando-a”, diz Guo.
“A maior vantagem”, acrescenta ele, “é que o ângulo dos painéis pode ser ajustado continuamente para ficar diretamente de frente para o sol conforme ele nasce e, em seguida, se move pelo céu antes de se pôr” - maximizando a absorção de energia.
“Simplesmente não havia nada mais parecido com o que podemos fazer aqui”, diz Guo.
O mais recente em uma série de aplicativos
Guo, que também é afiliado aos programas de física e ciência dos materiais da Universidade, há muito imaginava uma série de aplicações humanitárias para um método de purificação baseado em energia solar eficiente. “Esta é uma maneira simples, durável e barata de lidar com a crise global da água, especialmente nos países em desenvolvimento”, disse ele, observando que poderia ajudar a aliviar a escassez de água em áreas afetadas pela seca e ser útil em projetos de dessalinização de água, acrescenta.
O projeto foi apoiado por fundos da Bill and Melinda Gates Foundation, da National Science Foundation e do US Army Research Office.
