Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveu um material hidrogel superabsorvente capaz de absorver a umidade e extrair água do ar. Este material revolucionário pode mudar o jogo, especialmente em regiões desérticas e propensas à seca.

O material consegue inchar à medida que absorve o vapor de água, permitindo-lhe atrair continuamente a umidade mesmo em condições secas de 30% de umidade relativa. Surpreendentemente, faz isso sem qualquer vazamento. Depois que a água é absorvida, pode ser aquecida, condensada e coletada como água ultrapura.

O hidrogel superpotente é o ingrediente secreto 

O que está por trás da extraordinária capacidade de absorção deste novo material? O material é um hidrogel, uma substância naturalmente absorvente usada em produtos como fraldas descartáveis.

A equipe de engenheiros potencializou as capacidades de absorção de umidade do hidrogel, infundindo-o com cloreto de lítio, um sal conhecido por sua capacidade de desidratar.

Em estudos anteriores, havia um limite para a quantidade de sal que poderia ser infundido no hidrogel. No entanto, a equipe do MIT conseguiu superar esse limite, alcançando níveis inéditos de absorção de umidade, mesmo em ambientes extremamente secos.

Carlos Díaz-Marin, estudante de pós-graduação em engenharia mecânica no MIT e membro do Laboratório de Pesquisa de Dispositivos, afirmou: “Nós nos concentramos principalmente nas propriedades fundamentais do material. Mas agora estamos explorando problemas diversos, como tornar o ar-condicionado mais eficiente e como coletar água. Este material, devido ao seu baixo custo e alto desempenho, tem muito potencial.”

O hidrogel pode ser produzido rapidamente e em grandes quantidades Se puder ser fabricado rapidamente e em grande escala, este hidrogel superabsorvente poderia ser usado como um coletor passivo de água. Além disso, também poderia ser integrado em unidades de ar condicionado para economizar energia através da desumidificação do ar.

A equipe do MIT procurou melhorar as capacidades de absorção de umidade dos hidrogéis, especialmente a partir do ar. Eles descobriram que sais como o cloreto de lítio eram eficientes na absorção de umidade e decidiram combinar os dois.

Gustav Graeber, que foi membro da equipe do MIT e agora é um investigador principal na Universidade Humboldt em Berlim, disse: “O hidrogel pode armazenar muita água, e o sal pode capturar muito vapor. Portanto, é intuitivo que você queira combinar os dois.”

Como o hidrogel foi criado 

Numa nova abordagem, a equipe do MIT passou dias e até semanas permitindo que o cloreto de lítio infundisse no hidrogel, ao invés das usuais 24 a 48 horas usadas em experimentos anteriores. Os resultados foram surpreendentes. Após 30 dias, os hidrogéis haviam absorvido até 24 gramas de sal por grama de polímero, quadruplicando o recorde anterior.

Esta capacidade de absorção recordista se manteve em uma variedade de níveis de umidade. Em condições secas de 30% de umidade relativa, o hidrogel capturou impressionantes 1,79 gramas de água por grama de material.

Díaz-Marin complementou: “Qualquer deserto durante a noite teria essa baixa umidade relativa, então, concebivelmente, este material poderia gerar água no deserto.” O foco agora, ele disse, é em melhorar a taxa de captação de água, para permitir ciclos mais rápidos e colheitas de água mais frequentes.

O estudo da equipe foi publicado na revista Advanced Materials e a pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável dos EUA e pela Fundação Nacional de Ciência da Suíça. A inovação apresentada por estes pesquisadores oferece um vislumbre de um futuro onde até as regiões mais secas podem ter acesso a uma fonte constante de água.

Material usado em fraldas foi a faísca para a criação do hidrogel 

Este hidrogel extremamente absorvente é um produto do Laboratório de Pesquisa de Dispositivos do MIT, dedicado à criação de materiais inovadores destinados a resolver desafios globais de energia e água.

A equipe decidiu focar no aprimoramento das capacidades dos hidrogéis, um material que tem sido usado há anos para absorver umidade, especialmente em produtos como fraldas.

A equipe ponderou: “Nossa pergunta foi, como podemos fazer isso funcionar tão bem para absorver o vapor do ar?” Díaz-Marin compartilhou. Eles pesquisaram extensivamente e descobriram que alguns sais, como o sal de rocha, poderiam absorver eficientemente a umidade. Entre estes, o cloreto de lítio se destacou por sua incrível capacidade de absorver mais de dez vezes a sua própria massa em umidade. No entanto, o cloreto de lítio por si só só pode acumular a umidade ao seu redor sem retê-la.

De fraldas a um material de hidrogel revolucionário 

Isso levou os pesquisadores a combinar hidrogel e cloreto de lítio, resultando em um material superabsorvente que poderia atrair e reter a umidade.

Graeber esclareceu essa abordagem, afirmando: “É o melhor dos dois mundos. O hidrogel pode armazenar muita água, e o sal pode capturar muito vapor. Portanto, é intuitivo que você queira combinar os dois.”

A inovação da equipe do MIT, no entanto, não parou por aí. Eles notaram que outras equipes haviam encontrado um obstáculo quando se tratava da quantidade de sal que podiam infundir no hidrogel. Tentativas anteriores só conseguiram infundir de 4 a 6 gramas de sal por grama de polímero, resultando em absorção de cerca de 1,5 gramas de vapor por grama de material em condições de 30% de umidade relativa.

Em vez de parar por aí, a equipe do MIT decidiu ultrapassar os limites. Eles experimentaram um processo de infusão mais longo que durou semanas em vez de horas.

Eles cortaram tubos de hidrogel em discos finos e colocaram cada disco em uma concentração diferente de solução de cloreto de lítio. Os discos foram pesados ​​todos os dias para medir quanto sal havia sido absorvido, e então retornaram às suas soluções.

Os resultados finais do trabalho superaram as expectativas

Os resultados foram impressionantes. Após um processo de um mês, os hidrogéis incorporaram até 24 gramas de sal por grama de polímero. Quando testados sob várias condições de umidade, os géis aprimorados incharam e absorveram mais umidade sem vazamento. Isso aconteceu mesmo em uma umidade muito baixa de 30%. Nesta condição seca, os géis capturaram 1,79 gramas de "recorde" de água por grama de material.

Díaz-Marin entusiasmou-se: “Qualquer deserto durante a noite teria essa baixa umidade relativa, então, concebivelmente, este material poderia gerar água no deserto.” Ele indicou que o próximo objetivo deles é aumentar a taxa na qual o material absorve umidade.

Graeber acrescentou: “A grande surpresa inesperada foi que, com uma abordagem tão simples, conseguimos obter a maior absorção de vapor já relatada até hoje. Agora, o foco principal será a cinética e quão rápido podemos fazer o material absorver água. Isso permitirá que você cicle este material muito rapidamente, para que em vez de recuperar água uma vez por dia, você possa colher água talvez 24 vezes por dia.”

Mais trabalho pela frente para liberar o vasto potencial do hidrogel 

A pesquisa realizada no Laboratório de Pesquisa de Dispositivos do MIT sublinha o vasto potencial deste material superabsorvente. Isso pode marcar um avanço significativo na busca por práticas de colheita de água mais sustentáveis ​​e economia de energia.

O mundo aguarda com grande expectativa os próximos desenvolvimentos à medida que nos aproximamos de um futuro onde a escassez de água nas regiões desérticas poderia ser coisa do passado.

Mais sobre segurança hídrica global

A segurança hídrica global é uma questão crítica que está se tornando mais importante devido ao crescimento populacional, às mudanças climáticas e à maior demanda industrial. Refere-se ao acesso confiável e disponibilidade de água limpa e segura para todos, em todos os lugares. É um aspecto essencial da segurança global, saúde e desenvolvimento.

Até o meu corte de conhecimento em setembro de 2021, já existiam numerosos desafios que ameaçavam a segurança hídrica global. Aqui estão alguns deles:

Escassez de água: Muitas regiões do mundo, especialmente áreas áridas e semiáridas, estão lutando contra a escassez de água. Esta situação está sendo exacerbada pelas mudanças climáticas e pela crescente demanda por água devido ao crescimento populacional.

Poluição da água: A poluição da água é outro grande desafio. Muitos rios, lagos e aquíferos ao redor do mundo estão sendo poluídos por descargas de esgoto, resíduos industriais, produtos químicos agrícolas e outros contaminantes.

Mudanças climáticas: As mudanças climáticas estão alterando os padrões climáticos, o que está afetando a disponibilidade e a qualidade da água em muitos lugares. Em algumas áreas, as mudanças climáticas estão levando a secas mais severas e frequentes. Em outros lugares, estão causando inundações que podem contaminar os suprimentos de água.

Esses são apenas alguns dos desafios que a segurança hídrica global enfrenta. O desenvolvimento de tecnologias inovadoras como o hidrogel de alta absorção é um passo importante para superar esses desafios e garantir a segurança hídrica para todos.

Com informações de earth.com.