A movimentação eficiente da água para cima, contra a gravidade, é um grande feito da engenharia humana, mas que as árvores dominam há centenas de milhões de anos. Em um novo estudo, pesquisadores projetaram um sistema de transporte de água inspirado em árvores que usa forças capilares para conduzir a água suja para cima através de um aerogel hierarquicamente estruturado, onde pode ser convertida em vapor pela energia solar para produzir água limpa e fresca.
Os pesquisadores, liderados por Aiping Liu, da Universidade de Tecnologia de Zhejiang, e Hao Bai, da Universidade de Zhejiang, publicaram um artigo sobre o novo método de transporte de água e geração de vapor solar em uma edição recente da ACS Nano. No futuro, métodos eficientes de transporte de água têm aplicações potenciais na purificação e dessalinização de água.
“Nosso método de preparação é universal e pode ser industrializado”, disse Liu à Phys.org. “Nossos materiais têm excelentes propriedades e boa estabilidade, e podem ser reutilizados muitas vezes. Isso proporciona a possibilidade de dessalinização e tratamento de esgoto em larga escala no futuro”.
O novo sistema consiste em dois componentes principais: um aerogel ultraleve longo e poroso para transportar água e uma camada de nanotubo de carbono no topo do aerogel para absorver a luz solar e transformar a água em vapor. O sistema é colocado em um recipiente de vidro. A água viaja para cima através dos poros no aerogel devido às forças capilares, que são causadas pela adesão entre as moléculas de água e a superfície interna dos poros. Uma vez que a água atinge o topo, a camada de nanotubo de carbono aquecido a energia solar aquece a água, deixando qualquer contaminante para trás. O vapor condensa nas laterais do recipiente de vidro circundante, formando gotículas de água que fluem para o fundo do recipiente em um reservatório para coleta.
Este desenho é muito semelhante ao que as plantas usam. As plantas contêm muitos minúsculos vasos de xilema que retiram a água do solo através de seus ramos e folhas – às vezes centenas de metros no ar. Uma vez que a água atinge as folhas, a radiação solar faz com que a água evapore através de minúsculos poros nas folhas, semelhante ao gerador de vapor solar de carbono.
Recriar um sistema eficiente de transporte de água em forma de árvore tem sido desafiador, com a maioria das tentativas anteriores exibindo velocidades de transporte relativamente baixas, curtas distâncias de transporte e uma diminuição no desempenho ao transportar esgoto e água do mar em comparação com água limpa. Com o novo desenho do aerogel, os pesquisadores demonstraram melhorias em todas essas áreas, alcançando um desempenho de fluxo ascendente de 10 cm nos primeiros 5 minutos e 28 cm após 3 horas. O sistema também funciona igualmente bem com água limpa, água do mar, esgoto e águas subterrâneas arenosas. Além disso, o coletor de calor de carbono atinge uma eficiência de conversão de alta energia de até 85%.
A chave para as melhorias foi o desenho cuidadoso da arquitetura do aerogel. Para fabricar o material, os pesquisadores despejaram os ingredientes do aerogel em um tubo de cobre, que eles então submeteram a um gradiente de temperatura onde a extremidade fria do tubo era fria – 90 graus Celsius. Isso fez com que os cristais de gelo crescessem em um padrão dentro do aerogel ao longo do gradiente de temperatura. Depois de liofilizar o tubo, o aerogel resultante apresentou uma estrutura hierárquica com canais alinhados radialmente, poros microdimensionados, superfícies internas enrugadas e malhas moleculares. Estas pequenas estruturas contribuíram para o bom desempenho do aerogel.
No futuro, os pesquisadores planejam melhorar ainda mais o desempenho do sistema para se preparar para os aplicativos.
“Esperamos otimizar ainda mais o esquema experimental e realizar a produção em grande escala”, disse Liu. “Também esperamos melhorar ainda mais o comprimento do transporte de água, a velocidade do transporte de água e a eficiência da coleta de água, para melhor executar as aplicações práticas.”
Publicado em 09/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-antigravity-trees.html
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