Não seja salgado: como fazer a dessalinização funcionar no mundo de amanhã

Embora a água seja muitas vezes escassa para o consumo humano e para a agricultura, três quartos deste planeta são cobertos pelo material. O problema é tirar o sal, e isso normalmente é feito pelo ciclo da água na Terra, que produz chuva e fenômenos semelhantes que repõem a quantidade de água doce. Aproximadamente 3% da água na Terra é água doce, da qual uma fração é água potável.

Nas últimas décadas, o uso da dessalinização aumentou ano após ano, principalmente em países como Arábia Saudita, Israel e Emirados Árabes Unidos, mas estados secos dos Estados Unidos, como a Califórnia, estão cada vez mais buscando tecnologias de dessalinização. Os obstáculos óbvios que a dessalinização enfrenta – independentemente da tecnologia exata usada – envolvem a energia necessária para operar esses sistemas e o custo final da água potável produzida em relação à importação de outros lugares.

Outras questões que surgem com a dessalinização incluem o impacto ambiental, especialmente dos resíduos de salmoura e, possivelmente, da vida marinha sugada pelos tubos de admissão. À medida que a necessidade de dessalinização aumenta, quais são as opções disponíveis para reduzir as necessidades de energia e o impacto ambiental?

Um tipo comum de dessalinização é a destilação, que é essencialmente o que também acontece na natureza através da evaporação das águas superficiais. À medida que a água é aquecida, ela evapora, deixando para trás os sais e outras matérias sólidas dissolvidas. Quando esse processo é feito com calor intenso e em etapas, é chamado de destilação flash multiestágio (MSF), que é um dos três tipos de destilação mais comuns, juntamente com a destilação multiefeito (MED) que utiliza estágios com aquecimento vaporize esse casal para o próximo estágio, reutilizando efetivamente o calor. No entanto, de longe, o tipo mais comum de destilação (~ 69% de participação) é a osmose reversa (RO), que usa um diferencial de pressão através de uma membrana que permite que as moléculas de água passem, mas não os sais e muitos outros sólidos dissolvidos.

É importante ter em mente que a saída de nenhum desses processos de dessalinização em larga escala é uma separação perfeita em água e tudo o mais que resta. Em vez disso, há uma saída de água doce (~40% para RO), com um fluxo de concentrado que é essencialmente água salgada, permitindo com quaisquer contaminantes que estivessem na entrada de água salina ou salobra. Este fluxo de concentrado é o que é devolvido ao mar ou outro corpo de água de onde foi extraída a água de captação.

Além do teor salino muito maior desse fluxo de concentrado, aproximadamente o dobro da água do mar, ele também tem uma temperatura muito mais alta do que a água de entrada das usinas de dessalinização térmica. Embora o aumento da temperatura da salmoura descarregada tenha claros efeitos negativos na vida marinha local, foi relatado que a pluma de água salgada persiste até 5 km do local de descarga em alguns locais. Isso tornaria a área inadequada para várias espécies que não lidam bem com água salgada.

Muito disso é destacado em uma revisão de agosto de 2021 por Ihsanullah et al. detalhando o impacto ambiental conhecido das instalações de dessalinização de hoje, bem como estratégias para tornar a dessalinização mais ecológica. Esta revisão também cobre os aditivos que são comumente adicionados à água de entrada e que podem acabar no meio ambiente, incluindo:

Além disso, o fluxo de resíduos pode incluir vários outros contaminantes, como cobre e níquel, como resultado da corrosão dos trocadores de calor e outros componentes da usina de dessalinização. Pela natureza do processo de dessalinização, as concentrações de metais pesados ​​também serão aumentadas. Para diminuir o impacto ambiental desse fluxo de resíduos, os fluxos de rejeitos das usinas de dessalinização são cada vez mais tratados antes de serem devolvidos ao meio ambiente.

Até a década de 1980, o uso de dessalinização térmica era comum, quando a RO se tornou comercialmente disponível. Um benefício enorme com RO é seus requisitos de energia muito menores por metro cúbico de água doce produzida (Elsaid et al., 2020), com MSF (operando a 120°C) exigindo mais energia, especialmente termicamente. O MED consome significativamente menos energia devido ao reaproveitamento do calor em seus estágios sucessivos. Como pode ser visto na tabela aqui reproduzida de Ihsanullah et al. (2021), para RO a falta de requisitos de energia térmica o torna significativamente mais eficiente por padrão, exigindo apenas energia elétrica para criar o gradiente de pressão através da membrana.