É possível tornar a água do mar potável?

Existe muito mais água nos oceanos e mares do que nos rios, lagos e geleiras. Estima­se que o volume da água dos oceanos seja de aproximadamente 1,5 · 10²¹ L. No entanto, o ser humano não pode usá-la para beber, nem para muitas outras finalidades, devido à existência de muitos sais dissolvidos nela. A tabela abaixo mostra os íons componentes de aproximadamente 99% desses sais.

(Fonte: Química, volume 2: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 151)

A Organização das Nações  Unidas (ONU) estima que cerca de 14% da população mundial será atingida pela escassez de água até 2025.  Considerando que os oceanos recobrem dois terços da superfície da Terra, não é surpreendente que suas águas sejam consideradas uma fonte de água potável em regiões onde o suprimento é insuficiente para atender à demanda humana.

Para obtermos água potável a partir da água dos oceanos, é possível utilizar um processo de dessalinização chamado Osmose Reversa. Ao aplicar  à solução de água oceânica uma pressão superior à pressão osmótica, provoca-se a passagem de moléculas do solvente da solução mais concentrada para a mais diluída. O esquema a seguir ilustra esse processo:

(Fonte: Química, volume 2: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 151)

A pressão osmótica da água do mar é de aproximadamente 30 atmosferas (atm) quando comparada com à da água pura. Então, para obtermos a sua osmose reversa, são necessárias pressões superiores a 30 atm. Por não necessitar de mudanças de estado físico da água e, portanto, de consumo de energia térmica, esse é o processo mais utilizado atualmente. A principal dificuldade para a utilização desse método é o desenvolvimento de membranas semipermeáveis de baixo custo, que permitam somente a passagem da água e impeçam a passagem dos solutos, e que possam ser usadas em larga escala por longos períodos sem que sejam danificadas pelas grandes pressões a que são submetidas.

Recentemente, os avanços na era da nanotecnologia, um dos mais promissores campos de pesquisa envolvendo ciências dos materiais, trouxe a possibilidade de técnicas de dessalinização da água do mar utilizando grafeno, uma das formas alotrópicas do carbono.

Na natureza, o elemento químico carbono (C) forma três variedades alotrópicas: diamante, grafite e fulereno. Essas três substâncias simples diferem entre si no arranjo dos átomos que formam o retículo cristalino.

A grafite apresenta anéis hexagonais planos.

(Fonte: Química, volume 1: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 233)

No diamante, cada átomo de carbono está ligado a quatro outros átomos de carbono formando um arranjo espacial.

(Fonte: Química, volume 1: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 233)

Os fulerenos apresentam uma forma semelhante à de uma bola de futebol, podendo ser composta por diferentes quantidades de átomos de carbono, por exemplo, 60 átomos de carbono (C₆₀).

(Fonte: Química, volume 1: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 233)

Com o desenvolvimento da nanotecnologia, foram criadas novas variedades alotrópicas do carbono: grafeno e nanotubos de carbono.

Grafeno                                          Nanotubo de carbono

O grafeno consiste, basicamente, em uma única folha de grafite, na qual os átomos de carbono apresentam-se formando uma rede hexagonal.

(Fonte da imagem: pixabay)

Por se tratar de uma única folha, sua espessura é a de um átomo. Essa variedade alotrópica do carbono possui características específicas, como elevada resistência e flexibilidade, condutibilidade elétrica e térmica, além de ser muito leve.

Utilizando essa variedade alotrópica do carbono, um grupo de cientistas da Universidade de Manchester no Reino Unido desenvolveu uma espécie de "peneira" de óxido de grafeno.  Essa "peneira" tem a capacidade de remover os sais presentes na água do mar, sendo possível obter água potável. Apresenta-se, assim, como um método alternativo à osmose reversa.

Inicialmente, as "peneiras" de óxido de grafeno não se tinham mostradas eficientes para remover os íons provenientes do cloreto de sódio (NaCℓ), principal componente do sal de cozinha e presente em larga escala na água do mar. Essa ineficiência ocorria basicamente devido a uma alteração estrutural na "peneira", quando em contato com a água. Tal problema permitia a passagem de espécies químicas indesejadas.

Para corrigir esse problema, os pesquisadores modificaram a estrutura através da utilização de resinas, que permitiu maior controle da permeabilidade da membrana em relação às espécies que a atravessavam ou que são retidas por ela, tornando o processo mais eficiente.

Um desafio quanto à aplicação das membranas de óxido de grafeno em larga escala é o preço do material. Apenas para efeito de comparação: o custo de um grama de ouro atualmente está em cerca de R$: 120,00, ao passo que um grama de grafeno custa cerca de R$: 350,00. Assim, se o custo das membranas semipermeáveis utilizadas no processo de osmose reversa já é elevado, o custo de produção das membranas de óxido de grafeno provavelmente será ainda mais.

Além do custo das membranas, mais testes em relação à durabilidade, quando expostas às condições de dessalinização a longo prazo, ainda precisam ser realizados para se verificar a real aplicabilidade nos processos de obtenção de água potável.

O grafeno é um novo material, produto das pesquisas na área da nanotecnologia, apresenta-se atualmente como grande promissor e com potencial aplicabilidade em várias áreas, tais como nas telecomunicações, na eletrônica e na energética. Vamos esperar, nos próximos anos, as revoluções tecnológicas que esse material pode proporcionar.

Bom estudo!

Referências:

http://super.abril.com.br/ciencia/peneira-de-grafeno-torna-agua-do-mar-potavel/ acesso em 11/04/2017
http://www.bbc.com/portuguese/geral-39483587  acesso em 11/04/2017
http://www1.folha.uol.com.br/ciencia/2017/04/1872537-cientistas-criam-peneira-de-grafeno-que-torna-agua-do-mar-potavel.shtml acesso em 11/04/2017
http://www.dsc.ufcg.edu.br/~pet/jornal/outubro2013/materias/inovacoes_tecnologicas.html acesso em 11/04/ 2017  acesso em 11/04/2017
Química, volume 1: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014.  Pág 233-234
Química, volume 2: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 151-153