José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Um novo sistema para captar água diretamente da umidade do ar foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em colaboração com o Instituto Granado de Tecnologia da Poliacrilonitrila (IGTPAN), instituição privada de pesquisa localizada em Jacareí (SP). A tecnologia utiliza um polímero superabsorvente produzido a partir de resíduos têxteis reciclados, capaz de capturar vapor de água da atmosfera e liberá-lo posteriormente como água líquida.
Descrito em dezembro na revista NPJ Clean Water, o sistema baseia-se em módulos chamados hidrocélulas. Eles funcionam como “esponjas” que adsorvem a umidade do ar – ou seja, retêm as moléculas de vapor d’água presas apenas em sua superfície, diferentemente da absorção comum, em que o líquido penetra no interior do material. Depois, o sistema converte a umidade capturada em água líquida por meio de aquecimento moderado. Em testes experimentais realizados ao longo de quase um ano, o protótipo produziu entre 4 e 6 litros de água por dia, com consumo energético relativamente baixo.
“A abordagem pode constituir uma alternativa descentralizada para o abastecimento de água em regiões áridas e semiáridas, onde fontes convencionais, como aquíferos ou dessalinização, são frequentemente limitadas por elevados custos energéticos e demandas de infraestrutura”, afirma a pesquisadora Valquiria Campos, professora do Instituto de Ciência e Tecnologia da Unesp em Sorocaba e autora correspondente do artigo.
De acordo com Nilton Granado, pesquisador do IGTPAN e inventor do equipamento, “a produção sustentável de água potável, partindo do reservatório atmosférico que está disponível em qualquer lugar do mundo, será vital para grandes cidades, que já são carentes desse recurso”. É o caso, entre outros, de Lima, no Peru, que tem 11,2 milhões de habitantes e precipitação média anual de apenas 6 milímetros de chuva, sendo a terceira maior cidade do mundo localizada em um deserto.
“Por isso, o desenvolvimento de equipamentos que extraiam água da atmosfera poderá oferecer soluções domésticas para produção de água potável num futuro próximo”, afirma Granado. A tecnologia brasileira usada na produção do polímero superabsorvente utilizado no equipamento já teve a patente concedida no Brasil e nos Estados Unidos.
O elemento central da tecnologia é um polímero denominado PANSAP – poli(acrilato de potássio-co-acrilamida) – reticulado, obtido a partir da reciclagem de fibras de poliacrilonitrila (PAN), popularmente chamada de “fibra acrílica” e amplamente usada na indústria têxtil. O processo consiste em recuperar o polímero das fibras têxteis e submetê-lo a uma reação de hidrólise alcalina, que converte o material em um novo polímero superabsorvente (SAP) altamente higroscópico – isto é, capaz de absorver grandes quantidades de água –, que pode ser conformado em placas para utilização.
Segundo Campos, a utilização de resíduos têxteis foi a melhor opção para a produção do polímero. “Podíamos ter utilizado poliacrilato comercial, mas ele não seria tão eficiente para a adsorção e produção de placas”, explica. O processo de extração da poliacrilonitrila do tecido apoia-se em rotas químicas bem estabelecidas industrialmente. O resultado é um material que forma uma rede tridimensional, retendo o líquido em seus poros. Cada grama do polímero pode absorver de 200 a 300 gramas de água líquida. E, no ar, satura-se quando adsorve 80% de sua massa em água.
O processo como um todo baseia-se no conceito de economia circular, que transforma resíduos em recursos. Além do aproveitamento de roupas e aparas de tecidos, que usualmente são descartadas no meio ambiente, o método também recupera o amoníaco liberado na reação química para produção do polímero, transformando-o em fosfato de amônio, fertilizante utilizado na agricultura. “Isso reduz significativamente a geração de lixo e melhora o desempenho ambiental do processo”, sublinha Campos.
“Além disso, do ponto de vista econômico, a produção de água baseada no polímero superabsorvente obtido de tecidos é muito mais vantajosa do que outras rotas que utilizam materiais avançados”, argumenta a pesquisadora. Nos últimos anos, vários estudos investigaram o uso dos chamados MOFs (metal-organic frameworks) para captar água do ar. São materiais cristalinos porosos formados pela combinação de íons ou clusters metálicos com ligantes orgânicos – uma combinação que cria estruturas tridimensionais altamente ordenadas, com uma rede de poros nanométricos.
À esquerda, confecção das placas poliméricas contendo PANSAP laminado sobre matriz de juta e posterior encapsulamento em estrutura metálica para formação do módulo adsorvente; à direita, PANSAP em forma granular (foto: IGTPAN/divulgação)
Custo reduzido
“Embora os MOFs apresentem alto desempenho em laboratório, são muito caros e difíceis de produzir em grande escala. O preço estimado para a produção do nosso polímero é da ordem de US$ 2,50 por quilograma, enquanto alguns MOFs podem custar até milhares de dólares por grama. Como vamos fornecer atendimento emergencial para populações que necessitam de água com um preço desses?”, ressalta Campos.
Nos experimentos realizados durante o estudo, o novo polímero na forma de placas apresentou capacidade de adsorção de aproximadamente 0,43 grama de água por grama de material em ambientes com umidade relativa entre 69% e 90%. O sistema completo é composto por placas contendo o polímero, as hidrocélulas, agrupadas em módulos chamados de hidrobaterias. O ar ambiente circula pelas placas, permitindo que o material capture a umidade. Posteriormente, as placas são aquecidas entre 55 °C e 80 °C, liberando o vapor, que é condensado e coletado.
Campos informa que a faixa de temperatura foi um ponto crítico no desenvolvimento do sistema. “A temperatura não pode ser muito alta. Quando testamos as placas com temperaturas acima de 100 °C, constatamos que isso degradou o polímero, resultando em uma produção de água com odor amoniacal. A redução da temperatura resolveu o problema. Quando baixamos a temperatura para a faixa dos 60 °C, 65 °C, aí sim a água saiu insípida [sem sabor]”, conta a pesquisadora.
A água obtida pelo sistema apresenta elevado grau de pureza, pois resulta essencialmente de um processo de condensação – semelhante à destilação. Análises químicas indicaram ausência de contaminantes orgânicos detectáveis e níveis mínimos de amônia (0,09 miligrama por litro), muito abaixo de limites de segurança internacionais. Como a água é praticamente desmineralizada, os pesquisadores recomendam a adição posterior de sais minerais – procedimento comum em sistemas de dessalinização.
Uma das características importantes do sistema é que o processo pode ser alimentado por energia solar. “No protótipo experimental, utilizamos um sistema híbrido que combina aquecimento elétrico, radiação solar direta e painéis fotovoltaicos. Em condições de pleno sol, quatro painéis fotovoltaicos de 580 W foram suficientes para suprir toda a energia necessária para o funcionamento do equipamento. Essa configuração permite operação tanto conectada à rede elétrica quanto totalmente autônoma, característica relevante para comunidades isoladas”, relata Campos.
Na avaliação da pesquisadora, a questão energética precisa ser pensada sempre em associação com custo e aplicabilidade social. “Não adianta ter um aparato que captura água, mas que consome uma quantidade proibitiva de energia para funcionar. Nos pautamos sempre por soluções tecnologicamente mais simples e mais baratas do que outras propostas disponíveis na literatura”, sublinha.
Mais um resultado importante do estudo foi a estabilidade do material ao longo de múltiplos ciclos de uso. Testes indicaram que o polímero pode operar por mais de 2.500 ciclos de adsorção e dessorção (processo em que a água retida na superfície é liberada), com perda mínima de desempenho. Com base nesses dados, os autores estimam que o sistema pode ter vida útil superior a dez anos, dependendo das condições de operação. Além disso, o caráter modular da tecnologia permite expansão da capacidade de produção. Uma única unidade contendo cerca de 10 quilos de material adsorvente chega a produzir aproximadamente 6 litros de água por dia. Sistemas com centenas ou milhares de módulos poderiam fornecer volumes suficientes para pequenas comunidades.
Campos destaca que o sistema já avançou para uma etapa aplicada: “Estamos nos preparando para um teste de campo na região de Lima, no Peru, em uma comunidade que sobrevive com sistemas artesanais de captação de neblina e abastecimento por caminhões-pipa”.
O estudo foi apoiado pela FAPESP por meio de Auxílio à Pesquisa concedido a Campos.
O artigo Scalable hydrocell technology based on recycled polymers for atmospheric water harvesting pode ser lido em: nature.com/articles/s41545-025-00534-7.
Gostou desta matéria? Não perca as próximas atualizações da RCWTV!
Explore mais notícias exclusivas e análises profundas em nosso portal oficial e entre no nosso grupo de WhatsApp para receber atualizações diretamente no seu celular.
Siga a RCWTV no Instagram e Facebook para receber as notícias em primeira mão e participar da nossa comunidade!
RCWTV
Comentários
Para comentar realize o login em sua conta!
Login Cadastre-se