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Ter água potável é vital para a saúde pública, mas os métodos tradicionais de desinfecção causam seus próprios problemas ambientais. O cloro é barato e fácil de usar em sistemas de água centralizados, mas à custa de subprodutos químicos nocivos.
Pesquisadores do Georgia Institute of Technology descobriram uma maneira de usar pequenos choques de eletricidade para desinfetar a água, reduzindo o consumo de energia, custo e impacto ambiental. A tecnologia pode ser integrada à rede elétrica ou mesmo alimentada por baterias.
“Esta é uma tecnologia de desinfecção bastante nova e queremos demonstrar primeiro em pequena escala e depois melhorar suas aplicações no mundo real para purificação de água no ponto de uso ou fora da rede”, disse Xing Xie, da Carlton S. Wilder Professor Assistente na Escola de Engenharia Civil e Ambiental.
Xie e seu pesquisador de pós-doutorado Ting Wang publicaram o artigo “Inativação de bactérias em nanosegundos realizada por tratamento de campo elétrico localmente aprimorado”, em Natureza Água em janeiro.
Localizando Eletricidade
Embora o tratamento de campo elétrico convencional (CEFT) seja aplicado para pasteurização de alimentos, não tem sido amplamente utilizado para desinfecção de água potável devido ao custo relativamente alto. Quando a água e as bactérias são expostas à eletricidade, a membrana celular da bactéria age como um capacitor em um circuito. Normalmente, no CEFT, a baixa condutividade da água significa que os pulsos de nanossegundos não carregam a membrana rápido o suficiente para matar as bactérias.
Os pesquisadores criaram um campo elétrico localmente aprimorado (LEEFT) que trouxe a eletricidade diretamente para as bactérias. Os eletrodos têm nanopontas de ouro que acumulam cargas concentradas instantaneamente quando conectadas à eletricidade, permitindo que as cargas viajem para a membrana e matem as bactérias muito mais rapidamente.
“Essa inativação ultrarrápida de bactérias usando apenas os pulsos de nanossegundos é uma surpresa porque, teoricamente, os pulsos de nanossegundos são muito curtos para matar as bactérias no tratamento de campo elétrico convencional porque a membrana leva tempo para carregar”, disse Wang. “Mas com as nanocunhas e nanoestruturas do LEEFT, as células bacterianas podem ser carregadas diretamente pelo nanometal, desinfetando rapidamente a água”.
Inovação Elétrica
Para testar a tecnologia, eles fabricaram nanocunhas de ouro na ponta do eletrodo de um chip. Então eles adicionaram bactérias modelo Staphylococcus ao chip, uma bactéria comumente usada em laboratórios e freqüentemente encontrada em sistemas de água. Em seguida, eles aplicaram pulsos elétricos e observaram como as bactérias reagiram em tempo real sob um microscópio.
Quando a eletricidade foi aplicada a 40 quilovolts por centímetro por 200 nanossegundos, 95% das nanocunhas mataram com sucesso as bactérias. Comparado ao EFT convencional, o LEEFT reduz a força do campo eclético aplicado em oito vezes – e reduz o tempo de tratamento em 1 milhão de vezes.
“Descobrimos que mesmo pulsos de nanossegundos podem matar as bactérias no LEEFT e não em outras circunstâncias”, disse Wang. Essa descontaminação quase instantânea reduz a quantidade de eletricidade necessária para desinfetar a água, tornando-a uma opção de saneamento acessível e apontando para um futuro em que a produção de água limpa pode causar menos danos ao meio ambiente.
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