Dispositivo esponjoso inteligente capta água do ar

Engenheiros da Austrália e da China inventaram um dispositivo semelhante a uma esponja que capta a água do ar e a liberta num copo utilizando a energia do sol, mesmo em condições de baixa humidade em que outras tecnologias, como a recolha de nevoeiro e o arrefecimento radiativo, têm tido dificuldades.

O dispositivo de captação de água do ar manteve-se eficaz numa vasta gama de níveis de humidade (30 a 90%) e de temperaturas (5 a 55 graus Celsius).

O investigador principal, Derek Hao, da Universidade RMIT, em Melbourne, afirma que a invenção se baseava na estrutura naturalmente esponjosa da madeira de balsa refinada, modificada para absorver a água da atmosfera e libertá-la a pedido.

O compósito à base de madeira desenvolvido pela equipa para a sua investigação adapta-se perfeitamente a um copo com uma tampa em forma de cúpula e um tabuleiro antipoluição, um mecanismo de arrefecimento e um sistema de ativação alimentado pelo sol.

“Milhares de milhões de pessoas em todo o mundo não têm acesso a água potável e milhões morrem todos os anos de doenças transmitidas pela água”, afirma Hao, cientista de materiais e engenheiro ambiental da Escola de Ciências da RMIT.

Hao foi o autor correspondente do estudo, que foi efetuado em colaboração com cinco instituições de investigação chinesas, lideradas por Junfeng Hou da Universidade de Zhejiang A&F.

“A nossa equipa inventou um dispositivo que inclui um andaime esponjoso de madeira, cloreto de lítio, nanopartículas de óxido de ferro, uma camada de nanotubos de carbono e outras caraterísticas especializadas”, sublinha Hao.

A equipa utilizou inteligência artificial para prever com precisão e otimizar o desempenho de recolha e descarga de água do dispositivo em condições ambientais variáveis.

Momento da bacia hidrográfica

O material esponjoso, que é um protótipo de laboratório em fase inicial, absorve a humidade da atmosfera quando a tampa do copo está aberta. Quando a tampa é fechada sob a luz do sol, a água é libertada para o copo.

Em condições laboratoriais, o dispositivo de água do ar absorveu cerca de 2 mililitros de água por grama de material a 90% de humidade relativa e libertou quase toda a água em 10 horas sob exposição solar – mais do que a maioria dos outros métodos conhecidos e a um custo inferior. Com nove cubos de esponja, cada um pesando 0,8 gramas, podem ser absorvidos e libertados no copo 15 mililitros de água.

“Em testes ao ar livre, o nosso dispositivo captou 2,5 mililitros de água por grama durante a noite e libertou a maior parte durante o dia, atingindo uma eficiência diária de recolha de água de 94%”, afirma Hou.

“A 30% de humidade, o nosso dispositivo absorveu água a cerca de 0,6 ml por grama”, explica.

“Estes resultados realçam o seu potencial de utilização em sistemas de recolha de água fora da rede e movidos a energia solar”, acrescenta.

Benefícios do design inspirado na natureza

Hao explica que a utilização de madeira natural como matriz não só reduziu os custos, como também proporcionou integridade estrutural e melhorou o transporte de água através da sua arquitetura porosa.

“Estas caraterísticas permitem que o material seja fabricado em grandes quantidades e utilizado em aplicações do mundo real, como a recolha de água em regiões remotas ou áridas”, afirma.

“O dispositivo manteve a sua flexibilidade e função de absorção de água mesmo depois de ter sido armazenado a -20 graus Celsius durante 20 dias, demonstrando uma excelente resistência ao congelamento”, adianta.

“O seu desempenho de absorção e libertação de humidade foi estável ao longo de 10 ciclos consecutivos, com menos de 12% de declínio na eficiência”, aponta.

Potenciais aplicações e escalabilidade

Hao afirma que o dispositivo seria adequado para cenários de emergência, como na sequência de catástrofes naturais em que o abastecimento de água tenha sido comprometido, se a equipa conseguir aumentar a escala e otimizar a inovação modular.

“O tamanho atual da unidade de demonstração é de 15 milímetros cúbicos. Seria muito fácil preparar uma unidade maior, ou podemos usar as unidades para formar uma matriz”, diz Hao.

“A sua capacidade de recolher água potável da atmosfera utilizando apenas a luz solar torna-a inestimável em zonas afetadas por catástrofes, onde as fontes de água tradicionais estão comprometidas. A portabilidade do sistema e a dependência de energia renovável aumentam ainda mais a sua aplicabilidade em tais contextos”, acrescenta.

Hao explica ainda que o material foi concebido tendo em mente a sua escalabilidade e acessibilidade.

“O componente principal, a madeira de balsa, está amplamente disponível, é biodegradável e barata, e o processo de fabrico não é complexo, o que pode permitir a produção em massa”, afirma.

“O desempenho estável demonstrado ao longo de vários ciclos e em várias condições ambientais indica longevidade e relação custo-eficácia”, acrescenta.

Hao revela que a equipa está a discutir com potenciais parceiros industriais a produção à escala-piloto e a implementação no terreno, a integração em sistemas modulares de recolha de água do ar.

“Os painéis solares combinados com o armazenamento de energia térmica podem permitir um funcionamento contínuo, especialmente em zonas com luz solar intermitente”, afirma.

O desenvolvimento de sistemas de controlo automatizados utilizando sensores da Internet das Coisas para monitorizar a humidade relativa, a temperatura e a intensidade solar poderia otimizar ainda mais os ciclos de recolha de água, diz Hao.

“Com base no design artificialmente inteligente utilizado no estudo, podem ser desenvolvidas plataformas de design mais avançadas para analisar novas combinações de materiais e prever a absorção de água a longo prazo e o desempenho da libertação”, conclui.