Uma membrana de dessalinização atua como um filtro para águasalgada: empurre a águaatravanãs da membrana, obtenha águalimpa adequada para agricultura, produção de energia e atémesmo pota¡vel. O processo parece bastante simples, mas contanãm complexidades que confundem os cientistas hádécadas - atéagora.

Pesquisadores da Penn State, da University of Texas em Austin, da Iowa State University, da Dow Chemical Company e da DuPont Water Solutions publicaram uma descoberta importante para entender como as membranas realmente filtram os minerais da a¡gua, online hoje (31 de dezembro) na Science . O artigo estara¡ na capa da edição impressa, que sai amanha£ (1º de janeiro).

"Apesar de seu uso por muitos anos, hámuito que não sabemos sobre como funcionam as membranas de filtração de a¡gua", disse Enrique Gomez, professor de engenharia química e ciência de materiais e engenharia da Penn State, que liderou a pesquisa. "Descobrimos que a forma como vocêcontrola a distribuição da densidade da própria membrana em nanoescala érealmente importante para o desempenho da produção de a¡gua."

Co-liderado por Manish Kumar, professor associado do Departamento de Engenharia Civil, Arquiteta´nica e Ambiental da UT Austin, a equipe usou microscopia eletra´nica multimodal, que combina a imagem detalhada em escala atômica com técnicas que revelam a composição química, para determinar as membranas de dessalinização são inconsistentes em densidade e massa. Os pesquisadores mapearam as variações de densidade no filme de pola­mero em trêsDimensões com uma resolução espacial de aproximadamente um nana´metro - que émenos da metade do dia¢metro de uma fita de DNA. De acordo com Gomez, esse avanço tecnola³gico foi fundamental para compreender o papel da densidade nas membranas.

"Vocaª pode ver como alguns lugares são mais ou menos densos em um filtro de caféapenas pelo seu olho", disse Gomez. "Em membranas de filtração, parece uniforme, mas não estãoem nanoescala, e como vocêcontrola essa distribuição de massa érealmente importante para o desempenho da filtração de a¡gua."

Isso foi uma surpresa, Gomez e Kumar disseram, já que se pensava que quanto mais espessa a membrana, menor a produção de a¡gua. A Filmtec, agora parte da DuPont Water Solutions, que fabrica diversos produtos de dessalinização, fez parceria com os pesquisadores e financiou o projeto porque seus cientistas internos descobriram que membranas mais espessas estavam, na verdade, provando ser mais permea¡veis.

Os pesquisadores descobriram que a espessura não importa tanto quanto evitar regiaµes em nanoescala altamente densas, ou "zonas mortas". Em certo sentido, uma densidade mais consistente em toda a membrana émais importante do que a espessura para maximizar a produção de a¡gua, de acordo com Gomez.

Esse entendimento pode aumentar a eficiência da membrana em 30% a 40%, de acordo com os pesquisadores, resultando em mais águafiltrada com menos energia - uma atualização potencial de economia de custos para os processos de dessalinização atuais.

"As membranas de osmose reversa são amplamente usadas para limpar a¡gua, mas ainda hámuito que não sabemos sobre elas", disse Kumar. "Nãopoda­amos realmente dizer como a águase move atravanãs deles, então todas as melhorias nos últimos 40 anos foram essencialmente feitas no escuro."

As membranas de osmose reversa funcionam aplicando pressão em um lado. Os minerais ficam la¡, enquanto a águapassa. Embora seja mais eficiente do que os processos de dessalinização sem membrana , isso ainda consome uma imensa quantidade de energia, disseram os pesquisadores, mas melhorar a eficiência das membranas pode reduzir essa carga.

“A gestãoda águadoce estãose tornando um desafio crucial em todo o mundo”, disse Gomez. "Escassez, secas - com o aumento dos padraµes clima¡ticos severos, espera-se que esse problema se torne ainda mais significativo. a‰ extremamente importante ter águalimpa dispona­vel, especialmente em áreas de poucos recursos."

A equipe continua estudando a estrutura das membranas, bem como as reações químicas envolvidas no processo de dessalinização. Eles também estãoexaminando como desenvolver as melhores membranas para materiais específicos, como membranas sustenta¡veis, poranãm resistentes, que podem prevenir a formação de crescimento bacteriano.

"Continuamos a impulsionar nossas técnicas com mais materiais de alto desempenho com o objetivo de elucidar os fatores cruciais de uma filtragem eficiente", disse Gomez.