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A remoção do sal da água é uma técnica amplamente utilizada em regiões do Oriente Médio para garantir o fornecimento de água potável a partir da água do mar. No entanto, um dos principais desafios dessa técnica, denominada dessalinização, é seu alto consumo de energia, que resulta em maiores emissões de gases poluentes devido à queima de combustíveis fósseis. O uso de energia solar representa uma alternativa viável para alimentar as usinas de dessalinização de maneira mais limpa, mas para isso, os sistemas tradicionais exigem baterias para armazenar energia, o que eleva os custos e torna a alternativa menos acessível. Esse desafio levou engenheiros do MIT a desenvolver um novo sistema de dessalinização que utiliza energia solar sem a necessidade de baterias adicionais.
O equipamento inovador ajusta-se automaticamente às mudanças da luz solar durante o dia. À medida que a intensidade da luz solar aumenta, o sistema acelera o processo de dessalinização, e quando ocorrem flutuações na luminosidade devido a nuvens, o sistema diminui sua atividade em resposta. Este controle dinâmico permite que o sistema maximize a utilização da energia solar e, consequentemente, produza grandes quantidades de água limpa, mesmo diante das variações naturais de luz ao longo do dia.
Com a capacidade de reagir rapidamente às variações sutis da luz solar, o sistema do MIT otimiza o uso da energia solar, tornando-se um mecanismo eficiente para produzir quantidades significativas de água potável, mesmo em condições climáticas mutáveis. Diferente de outros modelos de dessalinização solar, este sistema não depende de baterias para armazenamento de energia, nem de uma fonte externa de eletricidade, sendo totalmente autossuficiente a partir da radiação solar.
Segundo Amos Winter, professor de Engenharia Mecânica e diretor do K. Lisa Yang Global Engineering and Research (GEAR) Center do MIT, a tecnologia é um avanço significativo: “Ao ajustar continuamente o consumo energético de acordo com a luz solar, nossa solução emprega energia solar de forma direta e eficaz para produzir água. Gerar água potável com soluções renováveis, sem depender de armazenamentos em bateria, é uma tarefa desafiadora, e nós conseguimos realizá-la.”
Funcionamento do sistema
A adaptabilidade do sistema à luminosidade solar ao longo do dia é a chave para seu funcionamento contínuo sem a necessidade de baterias. Para isso, uma nova “estratégia de controle” foi implementada.
De forma resumida, o sistema monitora primeiro a energia solar produzida pelos painéis solares. Quando a geração de energia é superior à demanda do sistema, ele automaticamente aumenta sua taxa de bombeamento, empurrando mais água através das pilhas de eletrodiálise, um método essencial para dessalinizar águas subterrâneas salobras. Ao mesmo tempo, a energia solar adicional é direcionada para incrementar a corrente elétrica que passa pela pilha, resultando na expulsão de uma quantidade maior de sal da água que está sendo processada.
Winter detalha ainda o processo: “Imaginemos que o sol está surgindo, e a intensidade da luz muda a cada poucos segundos. Assim, a cada três segundos, verificamos os painéis solares e respondemos: ‘Ótimo, temos mais energia – vamos aumentar um pouco nossa taxa de bombeamento e de corrente elétrica.’ Quando fazemos essa verificação novamente e notamos que ainda há energia disponível, nós a aumentamos mais uma vez. Assim, conseguimos ajustar com precisão o consumo energético ao longo do dia em relação à energia solar disponível, tornando a necessidade de baterias ainda menor.”
Resultados do experimento
Um protótipo em escala comunitária foi testado em poços de água subterrânea no Novo México durante um período de seis meses, permitindo que os engenheiros trabalhassem com diversas condições climáticas e diferentes tipos de água. O sistema utilizou, em média, mais de 94% da energia gerada pelos painéis solares para produzir até cinco mil litros de água por dia, mesmo enfrentando grandes oscilações na luz solar e nas condições climáticas.
Os cientistas acreditam que esse novo sistema renovável, que opera sem baterias, pode fornecer água potável a custos reduzidos, particularmente para comunidades rurais onde o acesso à água do mar e à eletricidade da rede é limitado. Ele é especificamente projetado para a dessalinização de águas subterrâneas salobras, que são reservatórios existentes nas profundezas da terra.
Jonathan Bessette, aluno de doutorado em engenharia mecânica no MIT, destaca que “a maior parte da população está realmente localizada longe da costa, tornando inviável a dessalinização da água do mar para essas áreas. Em consequência, as comunidades remotas dependem excessivamente das águas subterrâneas, especialmente em regiões de baixa renda. E o agravamento das mudanças climáticas faz com que essas fontes de água se tornem cada vez mais salinas.” Ele acredita que essa nova tecnologia pode levar água limpa, sustentável e de baixo custo a comunidades distantes ao redor do mundo.
No teste realizado no Novo México, no centro de pesquisa conhecido como The Brackish Groundwater National Desalination Research Facility, a quantidade de água produzida diariamente seria suficiente para atender uma pequena comunidade de aproximadamente três mil habitantes. A equipe de engenheiros tem a intenção de continuar testando e expandindo o sistema, com a perspectiva de abastecer comunidades maiores e até mesmo municípios inteiros com água potável gerada exclusivamente por energia solar.
Bessette conclui que “embora este seja um grande avanço, ainda estamos em busca de novas soluções para a dessalinização que sejam mais acessíveis e sustentáveis.” Os detalhes do novo sistema foram publicados em um artigo na Nature Water.
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