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Para muitos materiais críticos para as cadeias de suprimentos que ajudarão a permitir a transição de descarbonização da América, os recursos são limitados. A mineração tradicional está repleta de desafios, portanto, o avanço da energia limpa depende de encontrar novas maneiras de acessar materiais críticos de maneira confiável.
A promoção da segurança nacional e da competitividade econômica exigirá que os pesquisadores americanos encontrem novas maneiras de obter os materiais de que precisamos para muitas tecnologias. Isso inclui baterias, ímãs em motores elétricos, catalisadores, reatores nucleares e outras tecnologias essenciais de energia livre de carbono.
A água representa uma via pouco explorada de aquisição desses materiais. Cientistas do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos Estados Unidos publicaram recentemente uma revisão abrangente detalhando os vários mecanismos pelos quais materiais críticos podem ser extraídos de diversos cursos de água.
Diferentes tipos de água oferecem diferentes tipos de recursos materiais, disse Seth Darling, diretor de ciência e tecnologia da diretoria de Tecnologias de Energia Avançada de Argonne. “Os oceanos são um recurso tão tremendo porque as quantidades totais de muitos materiais valiosos e importantes são vastas, mas também são altamente diluídas”, disse ele. “As águas residuais também precisam ser reformuladas – queremos que as pessoas vejam que as águas residuais não são realmente resíduos, mas sim ricas em todos os tipos de coisas valiosas”.
Darling também apontou para aquíferos subterrâneos e salmouras geotérmicas como outras possíveis fontes de materiais valiosos. Esses materiais incluem o lítio, que é cada vez mais procurado por baterias de veículos elétricos e pode ser usado para ajudar a descarbonizar nossa economia. “O lítio está no oceano e nas salmouras geotérmicas; você o extrairia de maneira diferente dessas duas fontes, mas é importante entender qual é o mais barato, tem o menor impacto ambiental e permite cadeias de suprimentos seguras”, disse Darling. “Para muitos outros materiais, a água é subexplorada como fonte, e isso é algo que estamos prestando cada vez mais atenção.”
As tecnologias que Darling e seus colegas estão explorando para extrair materiais críticos de diferentes tipos de água vão desde as tradicionais (como membranas) até as inovadoras (como geradores de vapor solares interfaciais).
Omar Kazi, Ph.D. estudante de engenharia molecular na Universidade de Chicago trabalhando com Darling, está estudando métodos para concentrar fluxos de águas residuais para recuperar materiais valiosos. “Livrar-se da água por evaporação é um processo lento e intensivo em energia”, disse Kazi. “Em salmouras geotérmicas, pode levar anos para que a água evapore para poder recuperar o lítio contido nelas, o que cria um enorme gargalo. A pergunta que fazemos é ‘como podemos fazer a água evaporar mais rápido?’ “
Uma maneira de fazer isso poderia ser através do uso de materiais fototérmicos porosos, que convertem a luz em calor de forma eficiente. Esses absorvedores de luz agem como uma camiseta preta que esquenta em um dia ensolarado. Esse calor é transferido para a água diretamente na interface com o ar circundante, acelerando significativamente a evaporação.
No geral, observou Darling, a Argonne possui recursos avançados em cadeia de suprimentos, ciclo de vida e análises tecnoeconômicas. Além disso, o laboratório é especializado em materiais, química e engenharia de processos relevantes para a extração de materiais críticos. Isso posiciona o laboratório de maneira única para ajudar a obter uma economia circular de materiais mais segura, especialmente quando se trata de obter mais dos fluxos de água.
Um artigo baseado no estudo, “Estratégias de design de materiais para recuperação de recursos críticos da água”, apareceu online na Advanced Materials em 31 de março.
Além de Darling e Kazi, outros autores do estudo incluem Wen Chen de Argonne, Jamila Eatman, Feng Gao, Yining Liu, Yuqin Wang e Zijing Xia.
Este trabalho foi financiado como parte do Centro de Materiais Avançados para Sistemas de Água e Energia (AMEWS), um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências, Ciências Básicas de Energia no Laboratório Nacional de Argonne.
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