Dispositivo transforma ar seco em água potável

Júlia Moita*

Na busca por soluções para ampliar o acesso à água potável, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) criaram um dispositivo promissor. O sistema coleta a umidade do ar em locais áridos, transformando-a em água potável. A equipe afirma que o coletor produz até 1,3 litro de água limpa e pronta para beber por dia. O estudo foi publicado em Química Analítica.

O projeto do coletor de água atmosférica multicíclico é compacto e de alto desempenho para ambientes áridos, uma tecnologia que pode fornecer água para beber, irrigação e outras formas de alívio da seca global. No interior, há um conjunto de 10 pequenas aletas verticais separadas por 2 milímetros, feitas de folhas de cobre e espuma e revestidas com um material zeólito especializado, geralmente usado para absorção de água.

Quando ativado, o aparelho capta umidade e coleta água do ar seco, várias vezes ao dia. No processo de melhoria, a ideia é que o sistema se integre com infraestruturas que produzem calor residual, como edifícios ou veículos de transporte, para constituir uma opção económica de produção de água potável em regiões áridas.

Uma vez que o material adsorvente esteja saturado com água, as camadas são aquecidas. O vapor gerado no aquecimento é então coletado e resfriado separadamente, para que a água retirada da atmosfera seja condensada e armazenada em recipientes fechados para consumo posterior.

Análise

Xiangyu Li, participante do estudo e professor assistente da Universidade do Tennessee Knoxville, nos Estados Unidos, explica que o objetivo é ampliar o acesso à água potável de forma prática e eficiente. “Entenda quais materiais adsorventes são adequados para tornar o processo mais rápido e eficiente, para que possamos captar diariamente maior quantidade de água do ar úmido.”

Os resultados dos testes do dispositivo estão alinhados com a expectativa e o propósito do projeto de produzir mais água diariamente, mesmo em regiões áridas. “Usando o calor residual, podemos coletar água para beber ou para outras aplicações diretamente do ar ambiente para aliviar a escassez global de água, especialmente em regiões secas com abastecimento de água limitado, como regiões desérticas”, acrescenta Li.

A tecnologia de captação de água da umidade do ar já existe há alguns anos, como sistemas que retêm orvalho ou neblina, acumulando o líquido em recipientes. Quando se trata de coleta em áreas secas, é necessário utilizar materiais específicos, como hidrogéis sensíveis à temperatura, pois ajudam a retirar pequenas quantidades de umidade do ar e liberam água quando aquecidos. Mas os materiais precisam ser incorporados em dispositivos compactos e portáteis com uma fonte de calor residual.

Diego Freitas, analista químico do Conselho Federal de Química (CFQ), observa que os equipamentos descritos no artigo são compostos por camadas de materiais que adsorvem grande quantidade de umidade em suas superfícies, “como ocorre com a sílica gel que vem dentro de caixas de sapatos, por exemplo.”

“O diferencial da tecnologia é que ela pode utilizar ativamente painéis fotovoltaicos para transformar energia solar em energia elétrica, além de outras fontes de energia”, afirma Freitas. “Isso permite a operação em múltiplos ciclos de adsorção e dessorção ao longo de um único dia, aumentando a produção diária de água de duas a cinco vezes em comparação com outros equipamentos passivos”, acrescenta o especialista.

Para o futuro, as perspectivas são optimistas. “Também esperamos integrar materiais mais inovadores e construir um dispositivo abrangente. Atualmente ainda está na fase inicial de pesquisa e esperamos levar o conceito para beneficiar o público em geral”, destaca Xiangyu Li.

*Estagiário sob supervisão de Renata Giraldi

Glossário

Adsorvente: capacidade de efetuar, em sua superfície, a adesão de moléculas insolúveis dispersas em meio líquido ou gasoso.

Adsorção: fenômeno no qual átomos, moléculas ou íons entram em uma fase mais massiva e ficam fixos. O processo pode ocorrer pela fixação de um gás por um sólido ou líquido, ou pela fixação de um líquido por um sólido.

Dessorção: a liberação de uma substância ou material de uma interface entre uma superfície sólida e uma solução

Inovação para regiões áridas

Uma forma de explicar as alterações climáticas é imaginar que uma casa grande tem o seu calor normal, o efeito estufa. As alterações climáticas surgem quando o calor dentro de casa começa a aumentar porque, de alguma forma, estamos a fazer algo diferente, como cozinhar, fechar as janelas e não abrir as portas. Tudo isso cria uma mudança no clima. O que acontece na atmosfera é uma mudança no padrão de comportamento ao qual estávamos acostumados. Mas, com a intensidade dos processos de industrialização humana, estes gases cresceram tanto em volume que afectam a distribuição da radiação solar na Terra, o que provoca o aquecimento global. Acredito que esse dispositivo possa beneficiar áreas áridas, inclusive neste cenário de mudanças climáticas e perspectivas até 2100. No Distrito Federal seria crucial, já que estamos expandindo áreas urbanas.

André Souza, coordenador de Combate às Mudanças Climáticas da Secretaria de Meio Ambiente e Proteção Animal (SEMA) do Distrito Federal

Origami é aliado nas soluções 3D

Inspirados nas dobras do origami, pesquisadores da Universidade de Tel Aviv, em Israel, desenvolveram uma solução original e criativa para um impasse que tem limitado pesquisadores em todo o mundo: a dificuldade de posicionamento de sensores dentro de modelos 3D de tecidos bioimpressos. Através da inovação, os sensores projetam e produzem uma estrutura inspirada no origami que se dobra em torno do tecido fabricado, permitindo que os sensores sejam inseridos em locais pré-definidos. A tecnologia também é promissora no desenvolvimento de medicamentos.

As técnicas de impressão de modelos de tecidos biológicos para pesquisa já são difundidas, mas apresentam limitações. Nas tecnologias existentes, a “cabeça” da impressora se move para frente e para trás, imprimindo camada após camada do tecido necessário. O método, porém, tem uma desvantagem significativa: o tecido não pode ser bioimpresso sob um conjunto de sensores necessários para fornecer informações sobre suas células internas, pois, no processo de impressão, a “cabeça” quebra os sensores.

De acordo com o estudo publicado na Advanced Science, a plataforma multissensorial inspirada na arte do origami supera esses desafios ao “dobrar-se” em torno de uma estrutura de tecido 3D fabricada separadamente. Nesse caso, a novidade permite a inserção de eletrodos em locais precisos, que são definidos de forma personalizada por meio de softwares de desenho auxiliado por computador.

Sensibilidade

Ben Maoz, autor do estudo e professor do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade de Tel Aviv, afirma que a inspiração na arte japonesa foi motivada pela necessidade de aumentar a sensibilidade. “O conceito do origami surgiu quando criamos uma plataforma de detecção 2D e, após dobrá-la, a nova estrutura 3D possui sensores em uma posição 3D que ficam nos lugares exatos que gostaríamos que estivessem.”

“Se você pensar bem, é como se tivéssemos um pedaço de papel, que é 2D, e depois de dobrado, podemos criar estruturas 3D únicas e com uma orientação específica”, ressalta.

Baseado na ciência e na arte, o software de design CAD (Computer Aided Design) ajuda os pesquisadores a projetar uma estrutura multissensorial personalizada para um modelo específico de tecido, neste caso, inspirado na dobradura de papel de origami. Esta estrutura incorpora diversos sensores para monitorar a atividade elétrica ou resistência das células em locais previamente escolhidos dentro do tecido, garantindo o seu bom funcionamento.

Costumização

Aleson Pereira de Sousa, biomédico e mestre em Biologia Celular e Molecular, explica que a utilização de técnicas de Origami na bioimpressão 3D permite a personalização precisa dos dispositivos médicos para que se adaptem melhor às necessidades individuais dos pacientes, melhorando a eficácia dos tratamentos e reduzindo o risco de complicações.

“Assim como o papel do origami pode ser dobrado sem perder sua integridade, os materiais biocompatíveis usados ​​na bioimpressão 3D podem ser projetados para dobrar de maneiras específicas, mantendo a funcionalidade e a durabilidade necessárias para aplicações médicas”, diz ele.

Para Sousa, o futuro está ligado a soluções como o origami. “Essa técnica, quando bem estabelecida, testada e aprimorada, poderá ser o futuro das principais intervenções atuais na saúde de diversos pacientes”, afirma: “Implantes cardiovasculares, regeneração de tecidos, implantes ortopédicos, dispositivos para liberação controlada de medicamentos, dispositivos de diagnóstico mais prática clínica precisa e menos invasiva e a grande busca nessa área que é o desenvolvimento de órgãos funcionais para transplantes.”

Na fase de testes, a equipe realizou uma prova de conceito, medindo e monitorando a atividade elétrica das células cerebrais, na qual foi verificada a permeabilidade da barreira hematoencefálica, parâmetro importante.

Como resultado, ficou comprovado que a tecnologia é capaz de resolver muitos impasses existentes na utilização de tecidos bioimpressos, como monitorar funcionalidades em tecidos, integrar diferentes tipos de tecidos e induzir e imitar fluxo no sistema 3D. (JM)

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“A relação entre o origami e a bioimpressão 3D reside no uso de princípios de dobramento e design de origami para criar estruturas complexas e funcionais na área biomédica”