Dessalinização com a energia das ondas do mar

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Sistema de bombas usa a energia das ondas para enviar água do mar pressurizada para a costa, onde é dessalinizada sem o uso de energia externa

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O furacão Katrina provocou ondas enormes e poderosas que causaram grave destruição em 2005 ao longo da Costa do Golfo nos Estados Unidos. Seu tamanho e força convenceram Phil Kithil de Santa Fé, no Novo México, que deveria haver uma maneira de aproveitar essa energia.

Seu primeiro pensamento era um dispositivo que usaria a ação das ondas para bombear a água do mar fria das profundezas para a superfície para atenuar a intensidade dos furacões, que prosperam em água morna. Ele provou o conceito com um simples tubo e uma válvula unidirecional ligados a uma boia, mas a ideia não tinha potencial comercial, pois os furacões são imprevisíveis.

Ele pensou em um segundo uso porque a bomba acionada pelas ondas também trouxe para a superfície nutrientes concentrados do oceano, como fosfato e silicato, que promovem o crescimento do fitoplâncton. “O fitoplâncton absorve dióxido de carbono para metabolizar nutrientes e liberar oxigênio”, disse Kithil. “Sentimos que as bombas tinham um papel a desempenhar na mitigação das mudanças climáticas”.

Mas, novamente, o potencial de negócios se evaporou quando os governos que participaram da Conferência das Nações Unidas sobre o Clima de 2009 em Copenhague não agiram para abrir os mercados de carbono para o dispositivo.

A terceira ideia era um encanto. Kithil e sua empresa, a Atmocean Inc., fundada em 2006, se associaram à empresa de engenharia Reytek Corp. de Albuquerque em 2010 para produzir um sistema de bombas que usa a energia das ondas para enviar água do mar pressurizada para a costa, onde é dessalinizada sem o uso de energia externa. Kithil disse que o sistema tem um projeto simples e pode ser configurado de forma barata e em instalações rurais para fornecer água doce para beber e para agricultura nas cidades costeiras.

Trabalhando com cientistas do Sandia National Laboratories através do programa de Assistência para Pequenas Empresas do Novo México (NMSBA), as duas empresas testaram e avançaram a tecnologia e aproximaram-se do mercado atraindo investimentos significativos. A Atmocean assinou recentemente um quarto acordo com o NMSBA. As pequenas empresas podem solicitar ajuda através do programa uma vez por ano. “Nós não estaríamos onde estamos hoje sem a ajuda do Sandia”, disse Chris White, diretor de operações da Atmocean. “Isso nos forneceu a espinha dorsal da validação de nossas melhorias técnicas para que pudéssemos avançar”.

O programa de pequenas empresas dá uma mão com pesquisa e desenvolvimento

O NMSBA é uma parceria público-privada entre o Sandia Labs, o Los Alamos National Laboratory e o estado do Novo México que permite aos proprietários de pequenas empresas, que têm um desafio técnico, trabalhar com cientistas e engenheiros nos laboratórios nacionais. Criado em 2000 pela legislatura estadual, o programa traz tecnologia e conhecimento de classe mundial para pequenas empresas e promove o desenvolvimento econômico com ênfase nas áreas rurais. O NMSBA forneceu mais de 53,3 milhões de dólares em horas e materiais de pesquisa para 2.648 pequenas empresas nos 33 condados do estado.

“Muitas pequenas empresas não têm recursos para fazer pesquisas e desenvolvimento avançados. O NMSBA é uma ótima maneira de dar-lhes uma mão em P&D”, disse Jackie Kerby Moore, gerente de Tecnologia e Desenvolvimento Econômico do Sandia Labs. “A experiência do laboratório nacional ajuda essas pessoas a realizar seus sonhos e construir seus negócios, um ganha-ganha para a economia”.

Kithil e Phillip Fullam, engenheiro-chefe da Reytek, trabalharam primeiro com Rick Givler do Sandia Labs, um especialista em sistemas físicos de modelagem, para avaliar a viabilidade de seu sistema de energia das ondas perto da costa. Givler provou que, usando ondas típicas e um conjunto de bombas de água do mar, uma considerável quantidade de água pressurizada chegaria em um sistema de purificação de água por osmose reversa em terra.

“Precisávamos saber se teríamos no final um pinga-pinga ou um poço jorrando água pressurizada”, disse Kithil. “Rick veio com a resposta – um poço jorrando. Se fosse um pinga-pinga, não teríamos negócio. Com um poço jorrando, poderíamos estimar despesas e lucros. Isso mostra como foi importante a pesquisa do Sandia. Poderíamos ter descartado uma ideia interessante pela viabilidade do negócio”.

As descobertas da Sandia Labs ajudaram a Atmocean a atrair cerca de 3,5 milhões de dólares em investimentos para continuar testando produtos, adicionar pessoal e aumentar a fabricação de componentes na Reytek. A empresa construiu bombas de água do mar ”full-size” e testou o sistema na costa do Oregon em 2011 e por seis meses na costa do Peru em 2015. “Os primeiros testes no Peru foram um grande sucesso”, disse Kithil. “Outras pequenas comunidades querem ver se isso vai funcionar para eles”.

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Sistema a ser implantado em Terra Nova para testes operacionais

A Atmocean está trabalhando agora com o engenheiro Tim Koehler, do Sandia Labs, na modelagem computacional do sistema de energia das ondas. Após ensaios em um tanque de teste no Laboratório Haynes da Texas A&M University, o sistema será implantado no final do ano na costa de Terra Nova para uma terceira rodada de testes que demonstrará o protótipo em um ambiente operacional.

O sistema da Atmocean é um arranjo de bombas de 200 por 200 pés (60 por 60 metros) que flutuam no oceano. “Cada bomba é uma boia em um pistão”, disse Koehler. “À medida que uma onda passa, a boia ingere água do mar e, à medida que a boia se acomoda, bombeia água do mar através de linhas hidráulicas de volta à costa onde entra no processo de dessalinização de eletricidade zero”.

A água chega em terra com cerca de 180 psi (12 bar) de pressão. A Atmocean usa dispositivos de recuperação de energia – essencialmente rodas mecânicas girando – para aumentar 14 por cento da água do mar chegando a 900 psi (60 bar), a pressão necessária para executar a osmose reversa. O sistema é do tamanho de um contêiner de transporte e é fabricado pelos parceiros industriais da Atmocean. “Nós fornecemos a água do mar pressurizada e trabalhamos com tecnologias padrão comprovadas pela indústria na dessalinização”, disse White.

O sistema funciona 24 horas por dia, 7 dias por semana e a produção depende da ação das ondas. White disse que no sul do Peru, em condições típicas do oceano, 50 milhões de pés cúbicos (1,4 milhão de metros cúbicos) de água pressurizada são empurrados para a costa em um ano. Quatorze por cento disso são dessalinizados, produzindo anualmente 5 milhões de pés cúbicos (140 mil metros cúbicos) de água doce que podem ser usados para agricultura ou consumo.

Kithil disse que o sistema é barato para operar, oferece empregos no local e ajuda o meio ambiente. “Cada arranjo de bombas cria uma área marinha protegida de facto com estruturas artificiais que vêem o crescimento marinho”, afirmou. “O sistema usa barcos pequenos operados por pescadores locais que conseguem um trabalho consistente. Durante os nossos testes pilotos em escala real no Peru em 2015, vimos uma enorme efusão de apoio da comunidade de pescadores locais “.

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Forças oceânicas nas boias

Kithil e a Fullam estão trabalhando com a Koehler para melhorar o projeto da bomba. “Eles querem saber que forças o oceano, através da passagem de ondas, aplica nas boias, para que eles possam otimizar seu desempenho e ser o mais eficiente possível”, disse Koehler. Ele está usando modelagem computacional em dinâmica de fluidos para avaliar vários projetos de boias engenheiradas pela Reytek e refinando através de testes na piscina de ondas. “Vou dar-lhes uma ideia das forças do oceano em vários projetos de bombas”, disse ele.

A primeira incursão de Koehler na NMSBA foi reveladora, disse ele. “É uma aplicação diferente do que eu costumo usar e usa diferentes softwares, por isso adiciona uma certa amplitude à minha experiência”, diz ele. “Foi um bom processo em termos de crescimento pessoal e profissional. Estou aprendendo mais, e é bom ajudar uma pequena empresa. Eu gosto da ideia. É uma boa maneira de ajudar as comunidades rurais com tecnologia de energia limpa “.

Após a demonstração final em Terra Nova, a Atmocean, que apresentou a tecnologia na Cúpula das Soluções das Nações Unidas de 2016, buscará um parceiro comercial. “Se tudo correr bem, temos a perspectiva de um ano e meio após os testes para chegar à comercialização”, disse White.

Fullam disse que o NMSBA forneceu recursos e experiência necessários para a empresa. “As ferramentas de modelagem por computador são algo que uma pequena empresa nunca poderia pagar. Nós conseguimos usar esses recursos para responder algumas questões bastante esotéricas e gerar mais perguntas. As pessoas com quem lidamos realmente sabem o que estão fazendo e fomos capazes de identificar no início do desenvolvimento algumas questões técnicas importantes que não tínhamos visto. Teríamos passado muito tempo patinando. Cortou anos do ciclo de desenvolvimento “.

Imagens: Atmocean

Fonte: Sandia National Laboratories, adaptado por Portal Tratamento de Água – www.tratamentodeagua.com.br


Fonte: tratamentodeagua.com.br

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