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Jun 29, 2023

Nossa compreensão da osmose reversa foi provada errada

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Robert Anderson/Unsplash

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A água é um recurso precioso necessário a todos os seres vivos para sobreviver. No entanto, de acordo com a Organização Mundial de Saúde, quase 2,2 mil milhões de pessoas (ou 1 em cada 3) não tinham acesso a serviços de água potável geridos com segurança em 2019.

O acesso à água potável é um desafio global crucial que, em algumas áreas, depende da dessalinização da água do mar. Isso é mais comumente feito usando um processo conhecido como osmose reversa (RO).

O fenômeno da osmose foi observado já em 1748, mas a tecnologia RO não era comercialmente viável até quase dois séculos depois. A dessalinização da água do mar por RO (SWRO) foi praticamente demonstrada no final da década de 1950 por Srinivasa Sourirajan, Sidney Loeb e uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA).

Quase todos os sistemas de OR no mundo utilizam membranas para produzir água potável a partir da água do mar. Agora, depois de mais de 270 anos desde a observação original, os cientistas pensam que a base da nossa compreensão do transporte de água na osmose reversa está incorreta.

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Cientistas da Universidade de Yale descobriram que o mecanismo de difusão da solução, que se acredita ser o princípio subjacente do transporte de água na OR, está errado, descobrindo, em vez disso, que o transporte de água na OR é governado pelo fluxo dos poros e pelas mudanças de pressão dentro da membrana.

A Interesting Engineering (IE) conversou com o pesquisador principal do estudo, Professor Menachem Elimelech, Professor Sterling de Engenharia Química e Ambiental na Universidade de Yale, para obter mais informações sobre seu trabalho.

“Sempre pensei que o mecanismo de difusão de soluções para o transporte aquático não era intuitivo e, para ser honesto, bastante estranho com muitas das suas suposições”, disse Elimelech, falando da sua motivação por trás da investigação de um fenómeno tão bem estabelecido.

Elimelech colaborou com o Professor Ying Li da Universidade de Wisconsin, Madison e a Professora Lianfa Song da Texas Tech University para esta pesquisa. A equipe também incluiu pesquisadores de pós-doutorado Li Wang, Mohammad Heiranian, Hanqing Fan de Yale e Jinlong He da Universidade de Wisconsin, Madison.

Paul Duda Fotografia/Menachem Elimelech

Antes de nos aprofundarmos na pesquisa real, pode ser útil entender primeiro a explicação atual do OR, o mecanismo de difusão da solução.

RO utiliza uma membrana permeável para separar impurezas e contaminantes da água.

De acordo com a teoria da difusão da solução, o transporte de água é impulsionado pelos processos de solução e difusão, que são, por sua vez, impulsionados pelos gradientes de concentração de água e pelas características do material da membrana. As moléculas de água se difundem através da membrana com base no seu gradiente de concentração, passando de áreas de alta concentração para áreas de menor concentração.

A água do mar é uma solução de sais dissolvidos em água. Neste modelo, as moléculas de água se difundem através da membrana impulsionadas pelo seu gradiente de concentração, deixando para trás os íons de sal maiores, resultando em água limpa.

"Ensinei os fundamentos do mecanismo de difusão de solução em minha aula seguindo os materiais dos livros didáticos", explica Elimelech, "mas não me senti confortável com as suposições básicas do modelo, especialmente que a pressão hidrostática é constante através da membrana e depois cai para zero nas saídas da membrana. Achei que essa suposição não era física.

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“Além disso, por causa dessa suposição, o modelo prevê um gradiente de concentração de água através da membrana, o que não faz sentido. Sempre me perguntei como a concentração de água, que é incompressível, pode mudar com a pressão.

Por fim, decidi desvendar o mecanismo do transporte aquático. Naquela época, o professor Song, da Texas Tech University, publicou um artigo sobre o fluxo de água por osmose, argumentando que ele não pode ser governado por um mecanismo de difusão de solução. Isso me motivou a explorar ainda mais a natureza do transporte de água na osmose reversa em nível molecular.