Uma equipe internacional de engenheiros é vencedora da Feira de Ciência de 2025 Gizmodo para criar um dispositivo de colheita de água atmosférica que poderia melhorar o acesso à água potável nas regiões mais remotas e áridas do mundo.
A pergunta
Podemos puxar a água do ar, mesmo nos lugares mais secos do mundo?
Os resultados
Os engenheiros liderados por Xuanhe Zhao, professor de engenharia mecânica e engenharia civil e ambiental do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), criaram uma “janela” da colheita de água atmosférica (AWHW) que produz água potável em condições extremamente limitadas por recursos. É compacto, completamente auto-sustentável e requer apenas uma entrada: luz photo voltaic.
“Eu invento materiais suaves para resolver problemas difíceis para o mundo”, disse Zhao ao Gizmodo.
O componente principal da colheita de água do AWHW é um hidrogel. Este materials é feito de uma rede de polímeros hidrofílicos e enriquecido com sais higroscópicos que absorvem prontamente a água do ar. Parece um pouco como um envoltório de bolhas pretas, com pequenas estruturas abobadadas que incham quando saturadas, depois encolhem de volta enquanto se secam. Essa transformação de inchaço, inspirada em origami, maximiza a eficiência do materials, disse Zhao.
O próximo passo foi projetar uma câmara que captura a água coletada pelo hidrogel. Eles inicialmente tentaram construir uma câmara em forma de pirâmide, mas isso resultou em uma grande pegada para o dispositivo e em eficiência sacrificada. Então, Zhao perguntou à sua equipe, como seria o design mais simples possível?
Os engenheiros finalmente imprensaram o hidrogel entre duas folhas de vidro revestidas com uma camada de resfriamento para criar um painel vertical preto do tamanho de uma janela. Quando este painel é colocado do lado de fora durante a noite, o hidrogel absorve o vapor de água à medida que as temperaturas caem e a umidade aumenta. Durante o dia, a luz do sol aquece o gel e faz com que a água capturada evapore, condense o vidro e depois escorre pelos painéis e sai por um tubo para a coleta.
“Esse design semelhante a uma janela acaba sendo muito eficaz”, disse Zhao.
A equipe testou sua janela atmosférica de colheita de água (AWHW) por uma semana no Vale da Morte – a região mais seca da América do Norte. Os resultados, publicados na revista Água da natureza Em junho, mostrou que este dispositivo é eficaz mesmo em condições de umidade extremamente baixa. Trabalhou nos níveis de umidade, variando de 21 a 88% e produzia água a taxas de até dois terços de um copo (160 mililitros) por dia. Além disso, essa água estava pronta para beber imediatamente.
“Ficamos tão surpresos com isso”, disse Will Liu, co-primeiro autor do Estudo do Vale da Morte e do ex-MIT PostDoc, disse Gizmodo. “Funciona muito bem com uma umidade relativa tão baixa”. Esse teste também mostrou que a configuração vertical da equipe é central para sua eficiência, permitindo que o painel de hidrogel colhe água de ambos os lados, acrescentou Liu.
“Estamos realmente orgulhosos e empolgados com esse trabalho – e sobre o potencial de ajudar as pessoas mais que precisam de água potável”, disse Zhao.
Por que eles fizeram isso
Mais de 2 bilhões de pessoas em todo o mundo não têm acesso à água potável, de acordo com dados do Organização Mundial da Saúde e Fundo das Nações Unidas para Crianças. Os especialistas esperam que esse número suba como crescimento populacional, desenvolvimento econômico, gerenciamento de recursos fracos e mudanças climáticas drenam o suprimento de água doce da Terra.
Desenvolver uma maneira de fornecer água potável segura e gerenciável para pessoas que vivem em regimes limitados por recursos “é um grande desafio para o mundo”, disse Zhao. A maioria das pessoas com escassez de água não tem acesso a recursos terrestres, como rios, aqüíferos e lagos, mas há uma vasta reserva de água doce que está presente em toda parte na terra: a atmosfera.
“Há sete vezes mais água doce no ar do que em todos os rios do mundo”, disse Zhao. Aproveitar até uma pequena fração dos milhões de bilhões de galões de vapor de água na atmosfera, contraria muito o acesso à água limpa. Muitas pessoas que vivem em áreas rurais estressadas com água também carecem de eletricidade confiável e os recursos necessários para a manutenção de equipamentos técnicos, explicou Zhao. Para superar essas lacunas, um sistema atmosférico de colheita de água precisa ser simples, auto-sustentável e robusto.
O AWHW baseado em hidrogel responde passivamente ao meio ambiente, sem necessidade de eletricidade, explicou Liu. Isso o torna especialmente adequado para melhorar a segurança da água fora da rede, disse ela.
“Se você implantar essa instalação nesses regimes, poderá fornecer água potável para salvar vidas para as pessoas”, disse Zhao.
Por que eles são um vencedor
Esta não é a única equipe que trabalha para desenvolver um dispositivo de colheita de água atmosférica. Embora outros designs tenham se mostrado eficazes, o AWHW melhora neles de várias maneiras importantes.
Os desenhos feitos de estruturas metal-organizadas (MOFs) emergiram como algumas das mais eficientes até agora. Esses materiais ultra-porosos absorvem a água rapidamente e são eficazes nos níveis de umidade tão baixos quanto 14%, mas não são muito econômicos, disse Liu. Além disso, os MOFs não incham ou se esticam ao absorver água, limitando sua capacidade de transporte de vapor. Os hidrogéis, por outro lado, absorvem as moléculas de água no quantity de seus materiais, permitindo que eles mantenham mais água. Além disso, sua rede de micro e nanoporos acelera a absorção e liberação de água.
Nem todos os hidrogéis são criados iguais, no entanto. Muitos projetos-incluindo o MIT’s-usam hidrogéis enriquecidos com sais para melhorar suas habilidades de absorção de água. Isso geralmente leva ao vazamento de sal que contamina a água colhida. O AWHW supera esse problema adicionando glicol ao hidrogel. Esse composto líquido estabiliza naturalmente o sal para impedir que ele cristalize e vazando na água. Para proteção adicional, seu hidrogel contém uma microestrutura que não possui poros em nanoescala, impedindo ainda mais o vazamento de sal. Como tal, os níveis de sal na água produzidos pelo AWHW são significativamente menores do que os de outros projetos baseados em hidrogel.
“Sem mais purificação, é diretamente potável”, disse Zhao.
O que vem a seguir
Embora o teste do Vale da Morte tenha mostrado que o AWHW funciona bem em condições extremamente áridas, Zhao e sua equipe ainda estão trabalhando para melhorar a eficiência do dispositivo. Seu objetivo last é produzir água suficiente para fornecer famílias inteiras, mesmo em climas do deserto. Para esse fim, eles estão desenvolvendo matrizes de vários painéis que trabalham juntos para ampliar ainda mais a captura de água.
A equipe planeja testar o dispositivo em outros locais, incluindo o Marrocos, onde o colaborador Youssef Habibi dirige o Centro de Pesquisa de Materiais Sustentáveis da Universidade Politécnica de Mohammed VI, disse Liu. Agora professor assistente de engenharia mecânica da Universidade Nacional de Cingapura, Liu também espera testar o AWHW no clima tropical úmido e úmido de Cingapura. Depois disso, as próximas etapas estão ampliando a fabricação, tornando essa tecnologia acessível para as pessoas e divulgando a notícia.
A equipe
A equipe do MIT, liderada por Xuanhe Zhao, também consistia em “Will” Chang Liu, Xiao-Yun Yan, Shucong Li e Bolei Deng. Os colaboradores não afiliados ao MIT incluem Nicholas X. Fang, da Universidade de Hong Kong, Hongshi Zhang, da Universidade de Cingapura, Youssef Habibi, da Universidade Politécnica de Mohammed, em Marrocos, e Shih-Chi Chen da Universidade Chinesa de Hong Kong.
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