A escassez de água é um grande problema em todo o mundo. “Ela afeta todos os continentes”, diz Amir Barati Farimani, professor assistente de engenharia mecânica. “Quatro bilhões de pessoas vivem em condições de grave escassez de água, pelo menos um mês do ano. 500 milhões de pessoas vivem em condições de grave escassez de água durante todo o ano.”
Já que mesmo quando as pessoas lutam sem acesso a água potável, há oceanos de água não-potável mesmo à porta deles. “71% da superfície do mundo está coberta por água do mar”, diz Barati Farimani. “Então esta é uma contradição muito interessante.”
Para combater este problema, Barati Farimani concentrou a sua pesquisa na dessalinização da água. Este é o processo no qual a água salgada do mar pode ser transformada em água doce.
Há muitas formas de dessalinizar a água, mas uma das mais eficazes é a dessalinização por membranas. Neste método, a água é empurrada através de uma membrana fina com orifícios minúsculos. A água corre através dos poros, mas os íons salinos não podem, deixando apenas água doce do outro lado.
Fonte: Faculdade de Engenharia
Uma estrutura metal-orgânica condutiva (MOF) é um novo tipo de membrana para dessalinização da água.
Na sua última pesquisa, Barati Farimani explora o potencial de um novo tipo de membrana, chamada de estrutura metal-orgânica (MOF). “Essas membranas consistem tanto do centro metálico quanto do composto orgânico”, diz Barati Farimani. O composto orgânico e o metal se conectam em um padrão pentagonal, deixando um buraco no centro que serve como um poro. “Se você olhar para eles, eles são como um favo de mel”, acrescenta Barati Farimani.
Existem algumas razões pelas quais a estrutura é mais eficaz. Primeiro, é incrivelmente fina. Tem alguns átomos de espessura, o que significa que há muito pouca fricção à medida que as moléculas de água passam através dos poros.
Adicionalmente, a colocação dos poros ajuda com a permeação. “Quando você não tem poros adjacentes, há uma enorme pressão da parede sobre as moléculas”, diz Barati Farimani. Isso torna o processo de dessalinização menos eficiente. Para entender o porquê, basta imaginar deitar água num funil. A água se move mais lentamente através do buraco no final porque é empurrada contra as paredes e forçada através de um pequeno espaço.
O MOF, por outro lado, tem múltiplos poros adjacentes. “Não há pressão do lado da parede”, diz Barati Farimani. “E isso dá-lhes esta oportunidade de passar mais facilmente através do poro.” Imagine verter água através de um coador desta vez, ele se move muito mais rápido, porque tem múltiplos pontos de saída pelos quais pode escapar.
Finalmente, o MOF tem mais integridade estrutural do que outros materiais. Na maioria dos materiais, os cientistas têm que fazer pequenos furos para criar os poros necessários, o que limita a quantidade que pode ser criada por área de superfície. “Se você quiser fazer muitos poros, o grafeno ou MoS2 não pode fazer isso”, diz Barati Farimani. “Estruturalmente, eles não conseguem aguentar a pressão.”
Mas graças à sua estrutura alveolar, o MOF é intrinsecamente poroso. Isto permite uma maior proporção de poros para a área de superfície. Também economiza tempo e energia, já que os poros não precisam ser perfurados, ou mesmo ajustados em tamanho.
As diferenças entre o MOF e outras membranas típicas são notáveis, tanto em termos da rapidez com que a água passa, quanto em termos de quantos íons são rejeitados. E isso é só olhar para uma simulação de alguns poros. Uma instalação de dessalinização pode ter bilhões de poros, aumentando sua eficiência exponencialmente. “Na escala de uma grande operação, seria enorme”, diz Barati Farimani. “Mesmo um ligeiro aumento na eficiência significaria um enorme salto.”
Precisamos de fornecer água fresca para muitas pessoas desprivilegiadas. Essa é a nossa missão – torná-la tão eficiente energeticamente que temos dessalinização de água em todos os lugares.
Amir Barati Farimani, Professor Assistente , Engenharia Mecânica
O artigo de Barati Farimani sobre sua pesquisa foi publicado em Nano Letters, uma revista científica mensal revisada por pares publicada pela American Chemical Society. Ele se soma a uma conversa crescente sobre dessalinização da água e representa um importante passo em frente no campo.
Além do mundo acadêmico, Barati Farimani espera que sua pesquisa possa causar impacto na vida das pessoas. “Precisamos fornecer água fresca para muitas pessoas carentes, como na África ou em outros lugares”, diz ele. “Basicamente essa é a nossa missão – torná-la tão eficiente energeticamente que temos dessalinização de água em todos os lugares”.