16.11.2023

Dispositivo movido a energia solar produz água limpa e combustível limpo ao mesmo tempo

O produto pode ser útil em ambientes com recursos limitados ou fora da rede, uma vez que funciona com qualquer fonte de água e não requer energia externa

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Imagem de dispositivo movido a energia solar que produz água limpa e combustível limpo em frente um rio.
Foto:
Chanon Pornrungroj/Ariffin Mohamad Annuar
Testes mostraram que ele é capaz de produzir água limpa a partir de fontes poluídas e água do mar.

Um dispositivo flutuante movido a energia solar que pode transformar água contaminada ou água do mar em combustível de hidrogênio limpo e água purificada, em qualquer lugar do mundo, foi desenvolvido por pesquisadores.

O dispositivo, desenvolvido por cientistas da Universidade de Cambridge, pode ser útil em ambientes com recursos limitados ou fora de redes de abastecimento, uma vez que funciona com qualquer fonte de água e não requer energia externa.

Inspira-se na fotossíntese, o processo pelo qual as plantas convertem a luz solar em alimento. No entanto, ao contrário das versões anteriores da “folha artificial”, que poderia produzir combustível de hidrogénio verde a partir de fontes de água limpa, este novo dispositivo funciona a partir de fontes poluídas ou de água do mar e pode produzir água potável ao mesmo tempo.

Os testes do dispositivo mostraram que ele era capaz de produzir água limpa a partir de água altamente poluída, água do mar e até mesmo do rio Cam, no centro de Cambridge. Os resultados foram relatados na revista Nature Water.

“Reunir a produção de combustíveis solares e a purificação de água em um único dispositivo é complicado”, disse o co-autor principal do artigo, Chanon Pornrungroj, do Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge. “A divisão da água impulsionada pela energia solar, onde as moléculas de água são decompostas em hidrogênio e oxigênio, precisa começar com água totalmente pura porque qualquer contaminante pode envenenar o catalisador ou causar reações químicas secundárias indesejadas.”

“Em regiões remotas ou em desenvolvimento, onde a água potável é relativamente escassa e a infraestrutura necessária para a purificação da água não está prontamente disponível, o acesso à água é extremamente difícil”, disse o coautor principal, Ariffin Mohamad Annuar. “Um dispositivo que pudesse funcionar com água contaminada poderia resolver dois problemas ao mesmo tempo: dividir a água para produzir combustível limpo e produzir água potável.”

Inovação por soluções

Pornrungroj e Mohamad Annuar, ambos membros do grupo de pesquisa do professor Erwin Reisner, criaram um projeto que fazia exatamente isso. Eles depositaram um fotocatalisador em uma malha de carbono nanoestruturada que é um bom absorvedor de luz e calor, gerando o vapor d'água usado pelo fotocatalisador para criar hidrogênio.

A malha porosa de carbono, tratada para repelir a água, serviu tanto para ajudar o fotocatalisador a flutuar quanto para mantê-lo afastado da água abaixo, para que contaminantes não interferissem em sua funcionalidade.

Além disso, o novo dispositivo utiliza mais energia do Sol. “O processo de produção de combustíveis solares baseado na luz utiliza apenas uma pequena porção do espectro solar – há uma grande parte do espectro que não é utilizada”, disse Mohamad Annuar.

A equipe usou uma camada branca absorvente de UV no topo do dispositivo flutuante para produção de hidrogênio por meio da divisão da água. O resto da luz do espectro solar é transmitido para a parte inferior do dispositivo, que vaporiza a água.

“Dessa forma, estamos aproveitando melhor a luz – obtemos o vapor para a produção de hidrogênio e o resto é vapor de água”, disse Pornrungroj. “Dessa forma, estamos realmente imitando uma folha real, pois agora conseguimos incorporar o processo de transpiração.”

Problema global

Um dispositivo que possa produzir combustível limpo e água limpa ao mesmo tempo, utilizando apenas a energia solar, poderia ajudar a resolver as crises energéticas e hídricas que tantas partes do mundo enfrentam. 

Por exemplo, a poluição do ar interior causada pela utilização de combustíveis “sujos”, como o querosene, é responsável por mais de três milhões de mortes anualmente, segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS). Cozinhar com hidrogénio verde poderia ajudar a reduzir significativamente esse número. E 1,8 mil milhões de pessoas em todo o mundo ainda não têm água potável em casa.

“É também um design muito simples: em apenas alguns passos, podemos construir um dispositivo que funciona bem com água de uma ampla variedade de fontes”, disse Mohamad Annuar.

“É muito tolerante a poluentes, e o design flutuante permite que o substrato funcione em águas muito turvas ou lamacentas”, disse Pornrungroj. “É um sistema altamente versátil.”

“O nosso dispositivo ainda é um protótipo, mas estes são os tipos de soluções que precisaremos se quisermos desenvolver uma economia verdadeiramente circular e um futuro sustentável”, disse Reisner, que liderou a pesquisa. 

“A crise climática e as questões relacionadas com a poluição e a saúde estão intimamente relacionadas, e desenvolver uma abordagem que pudesse ajudar a resolver ambas seria uma mudança de jogo para muitas pessoas.”

A pesquisa foi apoiada em parte pelo programa Horizonte 2020 da Comissão Europeia, pelo Conselho Europeu de Pesquisa, pelo Cambridge Trust, pelo Programa de Patrocínio Educacional Petronas e pelo Programa Winton para a Física da Sustentabilidade. Erwin Reisner é membro do St John’s College. Chanon Pornrungroj é membro do Darwin College e Ariffin Mohamad Annuar é membro do Clare College.

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