Inovação na Dessalinização: Engenheiros Ultrapassam o Desafio da Zona Morta

Os investigadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign estão a liderar a implementação em larga escala da dessalinização da água, desenvolvendo um novo elétrodo eficiente para utilização na dessalinização baseada em baterias. Crédito: Fred Zwicky

Os engenheiros desenvolveram uma solução para eliminar as “zonas mortas” no fluxo de fluido dos eléctrodos utilizados para a dessalinização da água do mar com base em baterias. Ao incorporar um design de canal de fluxo cónico orientado pela física no interior dos eléctrodos, esta descoberta permite um movimento de fluido mais eficiente, consumindo potencialmente menos energia do que os métodos convencionais de osmose inversa.

Há muito que a tecnologia de dessalinização enfrenta desafios para uma adoção generalizada. A osmose inversa, o método mais comum, consome muita energia e é dispendiosa, uma vez que força a água a passar por uma membrana para filtrar o sal. Em contrapartida, a técnica de dessalinização por bateria utiliza eletricidade para remover os iões de sal carregados, mas anteriormente exigia energia para empurrar a água através de eléctrodos com poros irregulares, limitando a sua eficiência – até agora.

Uma nova abordagem: Canais de fluxo estruturados

“Os eléctrodos tradicionais requerem energia para bombear fluidos porque não têm canais de fluxo estruturados”, explicou Kyle Smith, professor de ciências mecânicas e engenharia na Universidade de Illinois Urbana-Champaign, que liderou o estudo. “Ao criar canais estruturados, esta técnica reduz a energia necessária e pode eventualmente ultrapassar a osmose inversa em termos de eficiência.”

A equipa de investigação de Smith baseou-se em anos de modelização e experimentação para desenvolver eléctrodos com microcanais chamados campos de fluxo interdigitado (IDFFs). O seu último estudo, publicado na Electrochimica Ata, vai mais longe, afunilando os canais de fluxo, o que melhorou o fluxo de fluido – conhecido como permeabilidade – duas a três vezes em comparação com os canais rectos.

Abordando as zonas mortas: Otimização do fluxo com um design de canal cónico

“O nosso trabalho inicial revelou zonas mortas nos canais rectos, causando quedas de pressão e fluxo irregular”, disse o estudante Habib Rahman. “Para resolver este problema, testámos 28 designs diferentes de canais rectos para otimizar o fluxo, acabando por implementar a técnica de canais cónicos.”

Desafios e aplicações futuras

Embora a equipa tenha encontrado desafios de fabrico, particularmente no que diz respeito ao processo moroso de fresagem dos canais cónicos, Smith acredita que estes obstáculos podem ser ultrapassados na produção em grande escala.

“Para além da dessalinização, o nosso design de canal cónico pode ser aplicado a qualquer dispositivo eletroquímico que utilize fluidos em fluxo, tais como sistemas de armazenamento de energia, células de combustível e dispositivos de captura de carbono”, acrescentou Smith. “Ao contrário dos anteriores projectos de canais cónicos improvisados, o nosso método oferece orientações baseadas na física para obter um fluxo uniforme e reduzir simultaneamente as quedas de pressão.”

Este estudo, apoiado pelo Office of Naval Research, apresenta um avanço promissor tanto na tecnologia de dessalinização como em aplicações electroquímicas mais amplas. Smith, Rahman e os seus co-autores têm patentes pendentes ao abrigo dos pedidos de patente dos EUA 17/980,017, 17/980,023 e 63/743,995.

Leia o Artigo Original: Scitechdaily

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