O processo de limpeza da água que escorre pelos nossos ralos e vasos sanitários pode aumentar drasticamente os níveis de dióxido de carbono em cursos d'água próximos. Dois cientistas da Universidade Johns Hopkins descobriram uma maneira inovadora de reduzir os níveis desse gás de efeito estufa comum, passando efluentes de águas residuais por um processo que utiliza uma corrente elétrica para desencadear reações químicas. Esta primeira demonstração de remoção eletroquímica de CO2 de águas residuais tratadas, publicada na American Chemical Society ES&T Engineering , marca um grande avanço na descarbonização da infraestrutura hídrica.

Só nos Estados Unidos, mais de 16.000 estações tratam 22,5 bilhões de galões de esgoto diariamente. Os pesquisadores afirmam que a adoção generalizada desse método poderia evitar até 12 milhões de toneladas métricas de emissões de CO2 por ano — cerca de 28% das emissões totais do setor.

"Precisamos remover os gases de efeito estufa da atmosfera, e o mais fácil de remover é o CO2, porque é o mais concentrado", afirma o coautor Ruggero Rossi , professor assistente do Departamento de Saúde Ambiental e Engenharia , que é compartilhado pela Escola de Saúde Pública Bloomberg e pela Escola de Engenharia Whiting . "As pessoas dizem: 'Vamos construir uma usina que capture CO2 do ar. Vamos construir usinas que capturem CO2 do oceano'. Mas não há infraestrutura para isso no momento. Antes de vermos qualquer uma dessas usinas reduzindo a concentração de CO2 na atmosfera, vai levar muito tempo e muito dinheiro. Esta é uma maneira de alavancar o que já temos."

Para resolver esse problema, Rossi e o coautor Nakyeong Yun, estudante de pós-graduação em geografia e engenharia ambiental, desenvolveram e testaram uma célula eletroquímica — essencialmente um dispositivo que usa eletricidade para alterar a acidez, ou o pH, da água. A célula foi colocada no final do ciclo de tratamento da água, no ponto em que a água era liberada no meio ambiente. O objetivo era capturar o carbono antes que ele escapasse para a atmosfera.

A célula funciona criando um gradiente de pH na água à medida que ela flui. Essa mudança química transforma íons de bicarbonato — uma forma de carbono dissolvido naturalmente presente na água — em duas formas capturáveis: gás CO2 e carbonatos sólidos, como o carbonato de cálcio, um composto estável e calcário. Ambas as formas podem então ser removidas e sequestradas. Os pesquisadores testaram esse método usando amostras de águas residuais de quatro estações de tratamento nos EUA, cada uma com diferentes composições químicas da água.

Os membros da equipe identificaram fatores-chave, como condutividade e teor de carbono dissolvido, que afetam o desempenho e otimizaram o sistema para funcionar com águas residuais do mundo real.

Eles também demonstraram que, com apenas alguns ajustes — como ajustar a vazão ou o espaçamento dos eletrodos —, o desempenho poderia ser melhorado, mantendo o consumo de energia baixo. Mais de 50 horas de operação contínua comprovaram a estabilidade do sistema, embora exigisse limpeza ocasional para evitar acúmulo de sólidos dentro da célula.

"Ao aprimorar o sistema, conseguimos capturar mais de 57% do carbono inorgânico dissolvido — principalmente como gás no ânodo e parcialmente como carbonato sólido no cátodo", disse Rossi. "Conseguimos isso com demandas de energia tão baixas quanto 3,4 quilowatts-hora por quilo de CO2 , colocando nossa abordagem no mesmo nível ou até mesmo à frente de muitas tecnologias atuais de captura de carbono para o ar ou água do oceano."

Rossi e Yun reconhecem que, como a geografia, as estações do ano e até mesmo a hora do dia podem alterar a composição das águas residuais não tratadas, as células de captura de carbono não são uma solução única. Além disso, como as células consomem energia durante a operação, elas precisam ser alimentadas por fontes de energia renováveis para alcançar uma redução líquida das emissões de carbono. Ainda assim, os pesquisadores acreditam que, se comprovada em escalas maiores, sua abordagem pode se tornar uma adição econômica e prática às estratégias globais de remoção de carbono, ajudando as cidades a reduzir sua pegada ambiental sem reformar sua infraestrutura hídrica existente.

"Este estudo de prova de conceito mostra o potencial das instalações de recuperação de água em contribuir para um meio ambiente melhor", disse Rossi, "não apenas limpando contaminantes de fluxos de resíduos, mas também removendo gases de efeito estufa".