Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) construíram um sistema de dessalinização de águas subterrâneas salobras que é alimentado exclusivamente por energia fotovoltaica e que seria capaz de reagir prontamente a pequenas mudanças na radiação solar para maximizar a geração de energia solar.
“O sistema movido a energia solar remove o sal da água em um ritmo que acompanha de perto as mudanças na energia solar”, disse a equipe de pesquisa em um comunicado. “À medida que a luz solar aumenta ao longo do dia, o sistema acelera seu processo de dessalinização e se ajusta automaticamente a qualquer variação repentina na luz solar, por exemplo, diminuindo em resposta a uma nuvem que passa ou acelerando à medida que o céu fica claro.”
O sistema é baseado na tecnologia de eletrodiálise fotovoltaica (PV-ED), permitindo a dessalinização por acionamento direto em altas taxas de produção e com pouco ou nenhum armazenamento de energia necessário. O PV-ED consiste em um processo de separação de massa que usa energia CC para carregar eletricamente as membranas e uma diferença de potencial elétrico, que são então usadas para separar espécies iônicas de uma solução aquosa.
Essa tecnologia de dessalinização teria taxas de recuperação de água mais altas, operação mais fácil, vida útil mais longa da membrana e operação aprimorada em alta temperatura em comparação com as técnicas de osmose reversa (OR). Uma ampla adoção comercial, no entanto, foi impedida até o momento por limitações como incrustação de membrana e permseletividade, que medem a capacidade de uma membrana de discriminar entre ânions e cátions.
O sistema consiste em painéis solares, rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT), tanques de lote, bombas paralelas, uma pilha ED e válvulas de reversão. “Na pilha de eletrodiálise, os íons são transferidos através de membranas carregadas seletivamente: incluindo pares de uma membrana de troca catiônica (CEM) e membrana de troca aniônica (AEM)”, explicaram os cientistas.
“O sistema continua a aumentar a taxa de fluxo e, concomitantemente e, consequentemente, a densidade de corrente aplicada, até que a soma de sua potência corresponda à potência disponível”, disse o grupo, referindo-se à sua capacidade de se adaptar a diferentes níveis de radiação ao longo do dia. “No caso em que o sistema tem uma redução na potência, ele continua a diminuir a potência de bombeamento comandada e a densidade de corrente resultante, até que corresponda à potência disponível.”
A equipe testou o primeiro protótipo de sistema por seis meses em poços de água subterrânea no Novo México e descobriu que era capaz de produzir até 5.000 litros por dia. Além disso, descobriu que era capaz de usar cerca de 93,74% da energia gerada pelos módulos fotovoltaicos, exigindo armazenamento de energia “mínimo”.
Esses resultados foram alcançados com grandes flutuações nas condições climáticas e na radiação solar.
“O PVP-ED de controle de corrente comandado por fluxo fornece uma estratégia simples para dessalinizar a água para comunidades com recursos limitados e tem implicações para a descarbonização de indústrias de dessalinização maiores e com uso intensivo de energia”, disseram os cientistas, acrescentando que a água subterrânea salobra é uma fonte inexplorada de água potável em potencial. “A maioria da população vive longe o suficiente da costa, para que a dessalinização da água do mar nunca possa alcançá-los. Consequentemente, eles dependem fortemente das águas subterrâneas, especialmente em regiões remotas e de baixa renda.
O sistema foi descrito no estudo “Direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control“, publicado na Nature Water.
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