Energia e Meio Ambiente

A transformação da água do mar em água potável ajudará na escassez de água?

A transformação da água do mar em água potável ajudará na escassez de água?


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Acredite ou não, mas existe um problema crescente em se conseguir água doce limpa e potável em muitas partes do mundo. Por meio de uma combinação de atividades humanas e mudança climática, muitos prevêem que uma grave crise global de água em breve estará sobre nós.

Por isso, os pesquisadores buscam soluções para criar água doce artificialmente. Chamada de dessalinização, transformar água salgada, como a água do mar, em água doce pode ser a solução que temos procurado?

Qual é a crise de água doce?

Nosso "Planeta Azul" tem um nome apropriado. Com aproximadamente 70% de sua superfície coberta por água, pareceria inexplicável que a água pudesse ser considerada um recurso escasso em muitas partes do mundo que nem mesmo são desérticas.

O problema é que a maior parte dessa água é do mar, que não é exatamente potável, pois está literalmente saturada de sal. Da água da Terra, apenas cerca 3% dele é fresco e seguro para beber.

Mas, apenas ao redor 1% da água doce disponível é, na verdade, facilmente acessível para uso humano. A grande maioria do restante está encerrada em geleiras, calotas polares, permafrost ou enterrada profundamente no solo.

Isso significa que apenas em torno 0.007% da água da Terra está realmente disponível para uso por nossa crescente população global. Outro problema é que essa água doce facilmente acessível não é distribuída de maneira uniforme pelo mundo.

RELACIONADOS: A CRISE DE ÁGUA DOCE E AS PLANTAS DE DESALINAÇÃO

Como a água potável é essencial para a vida na Terra, ela não é ideal para locais com “escassez de água”. Mas também usamos água para produzir alimentos, roupas, construir coisas como computadores e carros e para saneamento, para citar apenas algumas coisas.

É vital para todos os aspectos da vida humana.

A National Geographic explica por que, "devido à geografia, clima, engenharia, regulamentação e competição por recursos, algumas regiões parecem relativamente abastadas de água doce, enquanto outras enfrentam secas e poluição debilitante. Em grande parte do mundo em desenvolvimento, a água limpa é difícil de encontrar ou uma mercadoria que requer trabalho laborioso ou uma moeda significativa para ser obtida. "

Outro problema é que a quantidade de água doce no planeta permaneceu relativamente constante por bilhões de anos.

Na verdade, é possível que você tenha, em algum momento de sua vida, ingerido moléculas de água que também foram ingeridas pelos dinossauros, Júlio César ou outra figura histórica. Um pensamento bastante notável.

O aumento das temperaturas globais nas últimas décadas também parece estar aumentando a probabilidade de eventos climáticos extremos, incluindo secas em áreas suscetíveis do mundo. Para as áreas afetadas, a falta de água é um problema muito sério.

Com a população crescendo a cada ano e o uso excessivo de suprimentos de água, que já estão diminuindo, para coisas como agricultura ou bens de consumo descartáveis, algumas partes do mundo estão enfrentando uma "crise de água doce" muito real.

Mas a humanidade não é nada além de engenhosa. Podemos usar nossa tecnologia para limitar o impacto desta crise? Talvez até mesmo "crie" água doce?

Vamos descobrir.

É seguro beber água salgada do mar?

A resposta curta é, claro, não. Beber água salgada, como a água do mar, pode ser mortal para os seres humanos (e muitos outros organismos).

A água do mar, como você mais do que sabe, contém muitos sais. Quando você bebe, você está tomando tanto água (o que é bom), mas também esses sais.

Embora você consiga consumir uma pequena quantidade de sal, o conteúdo da água do mar é consideravelmente maior do que o seu corpo pode processar efetivamente.

As células do seu corpo dependem do cloreto de sódio (sal de cozinha), principalmente do teor de sódio, para manter o equilíbrio químico e as reações do corpo. Mas muito disso pode ser mortal.

Isso ocorre porque seus rins, especificamente os néfrons, só podem produzir urina menos salina do que a água do mar. Isso significa que, se você bebesse exclusivamente água do mar, seria necessária mais água para diluir o sal e urinar do que a água que recebeu ao beber.

Em outras palavras, você teria uma perda líquida de água. Por esse motivo, você acabaria morrendo de desidratação (e com cada vez mais sede) se sua única fonte de água fosse a água do mar.

Por esse motivo, você nunca deve beber quantidades significativas de água do mar.

Que métodos existem para dessalinizar a água?

Com uma porcentagem tão pequena do total de água disponível na Terra como água doce, você pode se perguntar se há uma maneira de aproveitarmos o enorme reservatório de outras fontes de água na Terra, como o mar. Acontece que podemos, embora com grande esforço e despesa.

Atualmente, existem pelo menos três métodos principais de dessalinização:

  • Dessalinização térmica (destilação).
  • Dessalinização elétrica.
  • Dessalinização por pressão (osmose reversa).

Dessalinização térmica, Também conhecida como destilação, é de longe a mais antiga das três e está em uso há milhares de anos. A água salgada é fervida, o vapor é resfriado e condensado como água doce, deixando os cristais de sal para trás no recipiente aquecido.

No entanto, este método requer um investimento significativo em energia para ser alcançado. Métodos mais modernos, de acordo com a Universidade de Stanford, "fazem uso de várias técnicas, como vasos de baixa pressão, para reduzir a temperatura de ebulição da água e, assim, reduzir a quantidade de energia necessária para dessalinizar".

Essa forma de dessalinização é amplamente utilizada em lugares como o Oriente Médio, onde os recursos de hidrocarbonetos abundantes ajudam a reduzir o custo do combustível. A dessalinização térmica tende a consistir em três processos térmicos principais e em grande escala.

Esses são:

  • Destilação flash de vários estágios (MSF).
  • Destilação de múltiplos efeitos (MED).
  • Destilação por compressão de vapor (VCD).

Outro método térmico também existe; destilação solar, normalmente usada para taxas de produção muito pequenas. Também é comumente usado para produzir sal para comer, colocando água do mar em piscinas rasas e esperando que a água doce evapore naturalmente - deixando para trás o sal marinho.

Outra maneira de remover o sal da água do mar é usar uma membrana para separar os sais. Isso pode ser alcançado usando corrente elétrica ou pressão.

Novamente, esses métodos são usados ​​principalmente em locais com fontes abundantes de energia, como os Estados Unidos.

Dessalinização elétrica, um exemplo de dessalinização por membrana, faz uso de corrente elétrica para separar as moléculas de sal e água. Com este método, uma corrente elétrica impulsiona íons através de uma membrana seletivamente permeável carregando o sal com ela.

Uma membrana seletivamente permeável é aquela que permite que certas moléculas passem por ela e excluam outras. Membranas sintéticas ou poliméricas foram criadas para vários processos de pesquisa e industriais.

Existem dois métodos principais de dessalinização por membrana elétrica:

  • Eletrodiálise (ED).
  • Reversão de eletrodiálise (EDR).

Ambos os métodos de dessalinização requerem quantidades variáveis ​​de energia para serem alcançados, dependendo do teor de sal da fonte de água. Embora adequado para uso com concentrações mais baixas de sal, é muito intensivo em energia para uso na água do mar.

Osmose Inversa é outra forma de dessalinização que usa pressão para conduzir a água através de uma membrana seletivamente permeável. Este processo, como os outros, separa o sal da solução.

Ostensivamente semelhante à dessalinização eletricamente acionada, a quantidade de energia necessária para osmose reversa em grande escala depende do conteúdo inicial de sal da água. Para a água do mar, a energia necessária significa que não é economicamente viável na maioria das situações.

Como a forma mais comum de dessalinização, pode valer a pena explorar esse processo com mais detalhes.

O que é osmose reversa e a osmose reversa funciona?

Como mencionado anteriormente, a osmose reversa é um processo de dessalinização que usa pressão para literalmente empurrar as moléculas de água através de uma membrana. Ao contrário da filtração regular (onde certas impurezas são excluídas por tamanho), a osmose reversa envolve a difusão de solvente através de uma membrana que permite apenas a passagem de água.

A osmose regular envolve o movimento natural de um solvente de uma área de baixa concentração de soluto (alto potencial hídrico) para alta concentração de soluto (baixo potencial hídrico) até que o equilíbrio seja alcançado. Na osmose reversa, como o nome sugere, a água é extraída de uma alta concentração de soluto da água de alimentação (como a água do mar) aplicando pressão para reverter o fluxo natural do solvente durante a osmose.

Além da pressão, um dos principais componentes do processo de osmose reversa é o uso de uma membrana seletivamente permeável.

Essa membrana permite que certas partículas passem por ela, principalmente água, deixando para trás solutos (como sal) e outros contaminantes. Na osmose reversa, uma membrana composta de filme fino (TFC ou TFM) é empregada apenas para essa finalidade.

Essas membranas são fabricadas principalmente para sistemas de purificação e dessalinização de água. Eles também têm certas propriedades que os tornam úteis para uso em certas baterias e células de combustível.

Essas membranas são geralmente construídas com duas ou mais camadas de materiais. Desenvolvido pelo professor Sidney Loeb e Srinivasa Sourirajan, as membranas anisotrópicas semipermeáveis ​​são geralmente feitas de poliamidas.

Este material tem algumas propriedades muito úteis, incluindo sua afinidade pela água e sua impermeabilidade relativa a certas impurezas dissolvidas, como íons de sal e outras moléculas pequenas.

Em sistemas típicos de osmose reversa, a água de alimentação, sob alta pressão, flui através de um padrão espiral concêntrico de membranas que separam alternadamente a água e os contaminantes antes de coletar a água em um tubo de água do produto no centro. Para máxima eficiência, várias unidades de membrana são conectadas em série.

Será que transformar água do mar em água potável pode ajudar na escassez de água?

Resumindo, sim. Mas isso tem um custo significativo.

Com a diminuição da disponibilidade de água doce de alta qualidade, mais e mais comunidades estão se voltando para a dessalinização para produzir água potável a partir de água salobra e salgada. As soluções existentes são projetadas para extrair a água e deixar o máximo de sal para trás.

As tecnologias atuais têm vantagens e desvantagens, dependendo das limitações e requisitos específicos do local. Embora alguns métodos sejam promissores, mais desenvolvimento tecnológico é necessário para torná-lo viável para a produção em larga escala de água doce.

A Texas A & M University explica que "a dessalinização em pequena escala de água salobra usando alambiques solares é um método promissor em locais remotos onde não há água de boa qualidade para beber e cozinhar. Para uma implementação mais ampla, os processos de dessalinização precisam de melhorias tecnológicas e aumento de energia eficiência."

O principal obstáculo é o custo dos processos - especificamente os requisitos de energia necessários para produzir água potável em grandes volumes. Por esse motivo, as soluções existentes são utilizadas principalmente em regiões que carecem de qualquer outro meio de importação de água doce, em navios civis e militares e em certas espaçonaves.

No entanto, existem alguns desenvolvimentos interessantes na redução do custo do processo. Há alguns anos, por exemplo, pesquisadores da Universidade do Texas, em Austin, desenvolveram uma alternativa inovadora aos métodos convencionais.

Outra solução promissora é chamada de deionização capacitiva e deionização do eletrodo de bateria. No entanto, essas soluções estão longe de ser comercialmente viáveis ​​no momento.

Mas não é apenas um custo financeiro externo. As usinas de dessalinização existentes também são prejudiciais ao meio ambiente.

Mais diretamente, aproveite a água do mar como sua fonte de água, o que pode matar ou prejudicar peixes e outras pequenas criaturas do oceano à medida que os níveis de água ao redor da planta são alterados. O processo também tende a produzir resíduos altamente salinos que precisam ser descartados.

É por esse motivo que a maioria das usinas de dessalinização usa água salobra em vez de água do mar. Grandes usinas de dessalinização também são caras para construir, geralmente custando algo na região de centenas de milhões um pedaço.

Dito isto, muitas empresas estão investindo pesado em tecnologia, com alguns lugares, como Israel, já produzindo água suficiente para abastecer metade do país.

Para regiões com escassez de água, no entanto, esses tipos de plantas oferecem um tipo de apólice de seguro de segurança hídrica. A Califórnia, por exemplo, já está construindo uma série de fábricas.

Muitos especialistas acreditam que a única maneira de tornar viável a dessalinização generalizada é incorporar fontes de energia renováveis ​​para alimentá-los. Somente reduzindo os custos relativos de funcionamento, eles se tornarão economicamente viáveis.

Com o aumento das temperaturas globais e a crescente probabilidade de secas em muitas partes do mundo, a dessalinização provavelmente se tornará mais prevalente. Se pudermos superar os custos de energia e os custos ambientais do processo, a dessalinização pode se tornar uma parte importante da solução para resolver a escassez de água.


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