Apenas 3% da água do planeta é doce, e somente 0,025% é própria para consumo humano. A água potável é, portanto, um recurso finito e muito escasso. Não é viável usá-la e descartar. Parece mais razoável tentar reutilizar o máximo possível por meio de um processo de economia circular. Mas como poderíamos conseguir algo assim?
Muitos processos industriais produzem fluxos de água mais ou menos poluídas. Por exemplo, na produção de água potável por osmose reversa a partir da água do mar, obtém-se um fluxo altamente concentrado de sal. Existem projetos que tentam converter esses efluentes em fontes de água limpa e produtos de valor agregado.
Com as técnicas certas, esses fluxos de sal ou salmouras concentrados podem se tornar uma fonte de matérias-primas com alta demanda e potencial ainda maior do que é oferecido pela mineração terrestre para sua exploração.
A quantidade de ouro, urânio e todos os tipos de metais dissolvidos no mar é maior do que foi extraído de minas terrestres em toda a história da humanidade. O problema para seu uso é a baixa concentração dessas substâncias na água do mar, o que encarece sua recuperação.
No entanto, novas técnicas estão sendo investigadas que poderiam permitir o uso de salmouras produzidas por osmose reversa para obtenção de materiais de interesse. Inclusive alguns que podem faltar em breve, como o lítio.
O caso da sílica precipitada
Podemos encontrar um exemplo de economia circular aplicada à água, nas pesquisas que estão sendo realizadas por nosso grupo de pesquisa no Instituto de Pesquisas de Engenharia de Aragão (I3A), na Espanha em colaboração com a empresa IQE. Seu objetivo é recuperar a água e os sais produzidos na fabricação da sílica precipitada.
Esse tipo de sílica tem inúmeras aplicações, inclusive como componente de creme dental e na fabricação de pneus com baixo consumo de combustível. Em sua fabricação, obtém-se como subproduto uma solução de sulfato de sódio, um sal não tóxico, que geralmente é descartado sem ser utilizado.
Uma alternativa é separar a água do sulfato de sódio, recuperando assim a água para reutilizá-la no processo (um caso claro de economia circular). Ao mesmo tempo, seria obtido sulfato de sódio de alta pureza que pode ser utilizado como matéria-prima por diversas indústrias (papel, vidro, cerâmica, detergentes, produtos farmacêuticos e suplementos alimentares).
É possível fazer isso simplesmente evaporando a água e depois condensando seu vapor para obter água pura, mas fazer isso consome muita energia. É necessário desenvolver novas técnicas capazes de realizar concentração sem consumir energia valiosa.
Se, além disso, a energia utilizada for de origem renovável (solar, eólica ou geotérmica), teremos fechado o círculo.
Estudos anteriores mostraram, que é possível recuperar a maior parte da água contida nesse fluxo por meio de uma técnica conhecida como osmose reversa. Além disso, obtém-se um fluxo muito mais concentrado em sulfato de sódio, a partir da qual este sal pode ser recuperado por meio de um processo de evaporação-cristalização.
Este processo de cristalização é altamente otimizado, utilizando evaporadores com vários estágios. Mesmo assim, ainda é um processo de uso intensivo de energia, portanto, substituir parte dessa energia (atualmente proveniente de combustíveis fósseis) por energia renovável (por exemplo, solar) seria altamente desejável.
Instalações da fabricação de sílica precipitada. IQE, autor fornecido
Fábrica de sílica precipitada. IQE, autor fornecido
Destilação por membranas: uma nova oportunidade
Nossa pesquisa atual mostra que é possível evaporar a água a temperaturas abaixo de 100 ℃, usando uma técnica conhecida como destilação por membrana.
Nela, é utilizada uma membrana, geralmente polimérica, que permite a passagem de vapor d’água por seus poros, mas não de água líquida. Seu comportamento é semelhante aos dos tecidos impermeáveis, que permitem a passagem do vapor, facilitando a transpiração da pele, mas não permitem a entrada de água em estado líquido.
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Uma membrana hidrofóbica não deixa passar gotas de água em estado líquido, mas tem poros que deixam passar o vapor. Javier Lasobras, CC BY
Sendo capaz de usar temperaturas abaixo do ponto de ebulição da água, a tecnologia de destilação por membrana é particularmente adequada para usar energia solar térmica ou fontes de calor residuais (por exemplo, fluxos líquidos com temperaturas próximas do ambiente), que não podem ser aproveitadas de outra forma na indústria.
Além disso, existem opções que permitem multiplicar a eficiência na utilização dessa energia, de forma que a quantidade de água produzida seja várias vezes superior à que se obteria se esse calor fosse simplesmente utilizado para evaporar numa caldeira convencional.
A técnica de destilação por membrana, tem sido amplamente estudada para obtenção de água potável a partir da água do mar, mas não está claro se ela é competitiva com a osmose reversa. No entanto, deve-se levar em conta que a pressão a ser aplicada na osmose aumenta com a concentração de sais dissolvidos.
Portanto, a utilização da destilação por membrana para recuperar água de fluxos concentrados obtidos por osmose reversa abre uma janela de oportunidade, pois permite a recuperação de água em fluxos que não são mais adequados para tratamento por osmose.
Instalação de destilação por membranas em escala laboratorial. Javier Lasobras, autor fornecido
Em conclusão, uma combinação de tecnologias (osmose reversa, destilação por membrana e evaporação+cristalização) constitui um sistema muito promissor para alcançar a economia circular de água. Não apenas a água é recuperada, mas também as substâncias dissolvidas na água podem ser obtidas, melhorando assim a viabilidade econômica do processo.
Esta combinação de tecnologias não será uma solução universal para todos os casos, mas é uma nova ferramenta na avaliação de muitos segmentos industriais.
Fonte: The Conversation
Autores
Miguel Menéndez, Professor de Engenharia Química – Instituto de Investigación de Ingeniería de Aragón (I3A), Universidade de Zaragoza (Espanha).
José Angel Pena, Professor de Engenharia Química, Instituto de Investigação em Engenharia de Aragão (I3A), Universidade de Zaragoza.
Patrícia Ugarte Elhombre,Pesquisadora do Instituto de Pesquisas de Engenharia de Aragão (I3A), Universidade de Zaragoza
Adaptado por Digital Water
