As instalações de dessalinização de água podem substituir os dispendiosos produtos químicos por novos elétrodos de tecido de carbono que removem o boro da água do mar
O boro é um componente natural da água do mar que se torna um contaminante tóxico na água potável quando passa pelos filtros convencionais para a remoção de sais. Os níveis de boro da água do mar são cerca de duas vezes superiores aos limites mais brandos da Organização Mundial de Saúde para a água potável e cinco a 12 vezes superiores à tolerância de muitas plantas agrícolas.
“A maioria das membranas de osmose inversa não remove muito boro, pelo que as instalações de dessalinização têm normalmente de efetuar um pós-tratamento para se livrarem do boro, o que pode ser dispendioso”, afirmou Jovan Kamcev, professor assistente de engenharia química e de ciências e engenharia macromoleculares da U-M e coautor correspondente do estudo. “Desenvolvemos uma nova tecnologia que é bastante escalável e pode remover o boro de uma forma eficiente em termos energéticos, em comparação com algumas das tecnologias convencionais”.
Na água do mar, o boro existe sob a forma de ácido bórico eletricamente neutro, pelo que passa através das membranas de osmose inversa que normalmente removem o sal repelindo átomos e moléculas eletricamente carregados chamados iões. Para contornar esse problema, as centrais de dessalinização normalmente adicionam uma base à água tratada, o que faz com que o ácido bórico fique carregado negativamente. Outra fase da osmose inversa remove o boro recém-carregado e a base é neutralizada posteriormente através da adição de ácido. Essas etapas extras de tratamento podem ser caras.
“O nosso dispositivo reduz as exigências químicas e de energia da dessalinização da água do mar, melhorando significativamente a sustentabilidade ambiental e cortando custos em até 15%, ou cerca de 20 centavos por metro cúbico de água tratada”, disse Weiyi Pan, investigador da Rice University e coautor do estudo.
Dado que a capacidade global de dessalinização totalizou 95 milhões de metros cúbicos por dia em 2019, as novas membranas poderiam poupar cerca de 6,9 mil milhões de dólares por ano. As grandes centrais de dessalinização – como a central de dessalinização Claude “Bud” Lewis Carlsbad, em San Diego – poderiam poupar milhões de dólares num ano.
Este tipo de poupanças poderia ajudar a tornar a água do mar uma fonte de água potável mais acessível e a aliviar a crescente crise da água. Prevê-se que as reservas de água doce satisfaçam 40% da procura até 2030, de acordo com um relatório de 2023 da Comissão Mundial sobre a Economia da Água.
Os novos elétrodos removem o boro aprisionando-o no interior de poros com estruturas que contêm oxigénio. Estas estruturas ligam-se especificamente ao boro, deixando passar outros iões da água do mar, maximizando a quantidade de boro que conseguem capturar.
Mas as estruturas de captação de boro continuam a necessitar que o boro tenha uma carga negativa. Em vez de adicionar uma base, a carga é criada pela divisão da água entre dois elétrodos, criando iões de hidrogénio positivos e iões de hidróxido negativos. O hidróxido liga-se ao boro, conferindo-lhe uma carga negativa que o faz aderir aos locais de captura no interior dos poros do elétrodo positivo.
A captura do boro com os elétrodos também permite que as estações de tratamento evitem gastar mais energia numa outra fase da osmose inversa. Posteriormente, os iões de hidrogénio e hidróxido recombinam-se para produzir água neutra e sem boro.
“O nosso estudo apresenta uma plataforma versátil que aproveita as alterações de pH que podem transformar outros contaminantes, como o arsénico, em formas facilmente removíveis”, afirmou Menachem Elimelech, professor de Engenharia Civil e Ambiental e de Engenharia Química e Biomolecular na Universidade de Rice, e coautor correspondente do estudo.
“Além disso, os grupos funcionais no elétrodo podem ser ajustados para se ligarem especificamente a diferentes contaminantes, facilitando o tratamento da água com eficiência energética”, disse Elimelech.
O estudo que descreve esta nova tecnologia foi publicado na revista Nature Water por engenheiros da Universidade de Michigan e da Universidade de Rice.