Tornar a dessalinização mais amiga do ambiente: novas membranas poderão ajudar a eliminar os resíduos de salmoura

As instalações de dessalinização, uma importante e crescente fonte de água doce em regiões secas, poderão produzir resíduos menos nocivos utilizando eletricidade e novas membranas fabricadas na Universidade de Michigan.

As membranas poderão ajudar as instalações de dessalinização a minimizar ou eliminar os resíduos de salmoura produzidos como subproduto da transformação da água do mar em água potável. Atualmente, os resíduos líquidos da salmoura são armazenados em tanques até que a água se evapore, deixando para trás sal sólido ou uma salmoura concentrada que pode ser processada posteriormente.

Mas a salmoura precisa de tempo para evaporar, proporcionando amplas oportunidades para contaminar as águas subterrâneas.

O espaço também é um problema. Por cada litro de água potável produzido numa instalação de dessalinização típica, são produzidos 1,5 litros de salmoura. De acordo com um estudo da ONU, todos os dias são produzidos mais de 37 mil milhões de galões de resíduos de salmoura a nível mundial.

Quando não há espaço para tanques de evaporação, as instalações de dessalinização injetam a salmoura no subsolo ou despejam-na no oceano. O aumento dos níveis de sal nas proximidades das instalações de dessalinização pode prejudicar os ecossistemas marinhos.

“A indústria da dessalinização está a dar um grande impulso no sentido de encontrar uma solução melhor”, afirma Jovan Kamcev, professor assistente de engenharia química da U-M e autor correspondente do estudo publicado na revista Nature Chemical Engineering. “A nossa tecnologia pode ajudar as instalações de dessalinização a serem mais sustentáveis, reduzindo os resíduos e utilizando menos energia”, acrescenta.

Para eliminar o desperdício de salmoura, os engenheiros de dessalinização gostariam de concentrar o sal de forma a poder ser facilmente cristalizado em cubas industriais, em vez de tanques que podem ocupar mais de cem hectares.

A água separada poderia ser usada para beber ou para a agricultura, enquanto o sal sólido poderia ser recolhido para produtos úteis. A água do mar não contém apenas cloreto de sódio – ou sal de mesa – mas também metais valiosos como o lítio para baterias, o magnésio para ligas leves e o potássio para fertilizantes.

As instalações de dessalinização podem concentrar as salmouras através do aquecimento e evaporação da água, o que consome muita energia, ou através da osmose inversa, que só funciona com uma salinidade relativamente baixa.

A eletrodiálise é uma alternativa promissora porque funciona com concentrações elevadas de sal e requer relativamente pouca energia. O processo utiliza eletricidade para concentrar o sal, que existe na água sob a forma de átomos e moléculas carregados, chamados iões.

O processo funciona da seguinte forma. A água flui em muitos canais separados por membranas, e cada membrana tem a carga elétrica oposta à das suas vizinhas. Todo o fluxo é ladeado por um par de elétrodos. Os iões salinos positivos deslocam-se em direção ao elétrodo com carga negativa e são travados por uma membrana com carga positiva.

Os iões negativos deslocam-se em direção ao elétrodo positivo, sendo travados por uma membrana negativa. Isto cria dois tipos de canais – um por onde saem os iões positivos e negativos e outro por onde entram os iões, resultando em fluxos de água purificada e salmoura concentrada.

No entanto, a eletrodiálise tem os seus próprios limites de salinidade. À medida que as concentrações de sal aumentam, os iões começam a vazar através das membranas de eletrodiálise. Embora existam no mercado membranas resistentes a fugas, estas tendem a transportar os iões demasiado lentamente, tornando os requisitos de energia impraticáveis para salmouras mais de seis vezes mais salgadas do que a água do mar média.

Os investigadores ultrapassaram este limite ao juntarem um número recorde de moléculas carregadas na membrana, aumentando o seu poder de repelir iões e a sua condutividade – o que significa que podem mover mais sal com menos energia. Com a sua química, os investigadores conseguem produzir membranas que são dez vezes mais condutoras do que as membranas relativamente estanques atualmente existentes no mercado.

A carga densa atrai normalmente muitas moléculas de água, o que limita a quantidade de carga que pode caber nas membranas de eletrodiálise convencionais. As membranas incham à medida que absorvem água, e a carga é diluída. Nas novas membranas, os conectores feitos de carbono impedem o inchaço, prendendo as moléculas carregadas umas às outras.

O nível de restrição pode ser alterado para controlar a fuga e a condutividade das membranas. Se for permitido um certo nível de fuga, a condutividade pode ser superior à das membranas atualmente disponíveis no mercado. Os investigadores esperam que a possibilidade de personalização da membrana contribua para o seu sucesso.

“Cada membrana não é adequada para todos os fins, mas o nosso estudo demonstra uma vasta gama de escolhas”, afirma David Kitto, pós-doutorado em engenharia química e primeiro autor do estudo. “A água é um recurso tão importante, pelo que seria fantástico ajudar a fazer da dessalinização uma solução sustentável para a nossa crise global da água”, adianta.