E se fosse possível transformar água do mar em água potável sem consumir grandes quantidades de energia e sem produzir como resíduo uma solução altamente concentrada de sais capaz de prejudicar o meio ambiente?

Pesquisadores do Instituto de Óptica da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, desenvolveram um sistema que pode representar um avanço importante nesse sentido. A tecnologia utiliza energia solar para retirar a água do mar, separando seus sais e outros minerais sem gerar a tradicional salmoura líquida produzida pelos processos convencionais de dessalinização.

As usinas de dessalinização utilizadas atualmente dependem principalmente de duas estratégias. Algumas utilizam grandes quantidades de energia térmica para evaporar a água e depois condensá-la novamente, enquanto outras empregam pressão extremamente elevada para forçar a água através de membranas capazes de reter o sal, em um processo conhecido como osmose reversa.

Embora essas técnicas permitam produzir água potável em grande escala, elas também apresentam desafios ambientais e energéticos. Um dos principais é a geração de salmoura, uma solução que contém concentrações muito elevadas de sais e outros minerais retirados da água do mar.

Quando esse material é devolvido ao oceano, pode alterar a concentração de sais e reduzir a disponibilidade de oxigênio nas regiões onde é lançado, criando condições prejudiciais para organismos marinhos.

A equipe liderada pelo professor Chunlei Guo desenvolveu uma abordagem diferente, baseada em superfícies metálicas especialmente preparadas para aproveitar diretamente a energia da luz solar. O sistema utiliza painéis feitos de um metal escuro que foi tratado com lasers ultrarrápidos, chamados lasers de femtossegundos.

Cada pulso desses equipamentos dura apenas um quadrilionésimo de segundo. Esses pulsos são capazes de modificar a superfície do metal em escala microscópica, criando pequenas ranhuras e estruturas que alteram profundamente a maneira como a água se comporta sobre o material.

O tratamento transforma o metal em uma superfície com propriedades de supercapilaridade, ou seja, capaz de espalhar rapidamente a água por sua superfície. Quando a água do mar entra em contato com o painel, em vez de permanecer concentrada em gotas, ela se distribui por uma camada extremamente fina.

Como o metal escuro absorve grande parte da radiação solar incidente, sua superfície aquece rapidamente. A energia absorvida é então utilizada para evaporar a água, produzindo vapor que pode posteriormente ser condensado para formar água doce.

O processo, porém, enfrenta um problema que costuma ser um dos maiores obstáculos da dessalinização: os sais dissolvidos na água do mar. A água oceânica não contém apenas cloreto de sódio, o principal componente do sal de cozinha. Ela também apresenta diversos outros minerais, incluindo compostos de magnésio, cálcio e sódio.

À medida que a água evapora, essas substâncias podem se concentrar e formar depósitos sólidos sobre os equipamentos. Esse acúmulo, conhecido como incrustação, pode bloquear superfícies, reduzir a eficiência e exigir interrupções frequentes para limpeza.

Para contornar esse problema, os pesquisadores aproveitaram um fenômeno conhecido como efeito de anel de café. É o mesmo princípio observado quando uma gota de café seca sobre uma superfície: depois que a água desaparece, as partículas presentes no líquido tendem a se concentrar nas bordas da gota, formando um anel escuro.

No sistema desenvolvido pela equipe, as estruturas microscópicas criadas pelo laser orientam o movimento da água e dos sais durante a evaporação. Enquanto a região central permanece relativamente livre de depósitos e continua funcionando como área ativa de evaporação, os sais são gradualmente transportados para as regiões externas do painel, consideradas passivas.

Essa característica permite que a própria superfície se mantenha limpa durante o funcionamento. Os pesquisadores testaram o sistema utilizando água real dos oceanos Pacífico, Atlântico e Índico e observaram que a superfície conseguia continuar operando sem sofrer o acúmulo convencional de sais que compromete outros sistemas de dessalinização.

Outra diferença importante está no destino dos minerais retirados da água. Em vez de produzir uma grande quantidade de salmoura líquida que precisa ser descartada, o processo concentra praticamente 100% dos minerais dissolvidos em um resíduo sólido.

Isso poderia reduzir significativamente um dos principais problemas ambientais associados à dessalinização e, ao mesmo tempo, transformar parte do que normalmente seria considerado rejeito em matéria-prima potencialmente aproveitável. O sal comum, por exemplo, poderia ser recuperado diretamente do processo.

A tecnologia também pode ter uma aplicação ainda mais interessante na recuperação de minerais considerados estratégicos para a indústria moderna. Os pesquisadores incorporaram nanopartículas de titanato de hidrogênio às ranhuras microscópicas produzidas pelo laser no metal.

Essa modificação permite que a superfície retenha e concentre lítio, um mineral fundamental para a fabricação de baterias utilizadas em veículos elétricos, computadores portáteis, smartphones e outros dispositivos eletrônicos.

Em experimentos realizados com água do Grande Lago Salgado, nos Estados Unidos, a versão modificada do sistema conseguiu recuperar aproximadamente 50% do lítio disponível na água. O resultado sugere que a tecnologia poderia, no futuro, desempenhar duas funções simultaneamente: produzir água doce e recuperar minerais de interesse econômico a partir da água utilizada no processo.

Apesar dos resultados promissores, a tecnologia ainda precisa superar desafios antes que possa ser considerada uma alternativa comercial às grandes usinas de dessalinização.

Experimentos em laboratório ou em pequena escala não demonstram, por si só, que o sistema poderá produzir grandes volumes de água de maneira economicamente competitiva durante longos períodos. Será necessário avaliar fatores como durabilidade dos materiais, velocidade de produção, eficiência em diferentes condições climáticas, manutenção, custo de fabricação dos painéis e desempenho em operações de grande escala.

Ainda assim, o princípio desenvolvido pelos pesquisadores apresenta uma mudança importante na forma de pensar a dessalinização. Em vez de simplesmente utilizar mais energia para separar a água dos sais e depois lidar com grandes volumes de salmoura, o sistema procura aproveitar diretamente a energia solar, controlar o movimento microscópico da água e dos minerais durante a evaporação e transformar os sais retirados em um material sólido potencialmente recuperável.

Se a abordagem puder ser ampliada de maneira economicamente viável, ela poderá contribuir para o desenvolvimento de métodos de produção de água doce que consumam menos energia e produzam menos resíduos líquidos, além de abrir uma nova possibilidade de recuperação de minerais valiosos a partir de recursos que atualmente são tratados principalmente como rejeitos.

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