Ouro líquido: o protótipo recolhe recursos valiosos da urina
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Um sistema recentemente desenvolvido transforma os dejectos humanos numa ferramenta poderosa para uma energia e agricultura rentáveis e sustentáveis em regiões com recursos limitados. O protótipo, delineado num estudo liderado por Stanford, recupera um valioso fertilizante da urina, utilizando energia solar que também pode fornecer energia para outras utilizações. No processo, o sistema fornece saneamento essencial, tornando as águas residuais mais seguras para descarga ou reutilização para irrigação.
"Este projeto consiste em transformar um problema de resíduos numa oportunidade de recursos", afirmou o autor sénior do estudo, William Tarpeh, professor assistente de engenharia química na Escola de Engenharia de Stanford. "Com este sistema, estamos a capturar nutrientes que, de outra forma, seriam eliminados ou causariam danos ambientais e a transformá-los em algo valioso - fertilizante para as culturas - e a fazê-lo sem necessitar de acesso a uma rede eléctrica".
O azoto é um componente essencial dos fertilizantes comerciais. Tradicionalmente, é produzido através de um processo intensivo em carbono e distribuído globalmente a partir de grandes instalações industriais, muitas das quais localizadas em países mais ricos, o que resulta em preços mais elevados nos países de baixo e médio rendimento. Globalmente, o azoto na urina humana é equivalente a cerca de 14% da procura anual de fertilizantes.
O protótipo separa o amoníaco - um composto químico constituído por azoto e hidrogénio - da urina através de uma série de câmaras separadas por membranas, utilizando a eletricidade gerada pela energia solar para fazer passar os iões e, por fim, reter o amoníaco como sulfato de amónio, um fertilizante comum. O aquecimento do sistema - utilizando o calor residual recolhido na parte de trás dos painéis solares fotovoltaicos através de uma placa fria em tubo de cobre - ajuda a acelerar o processo, incentivando a produção de gás amoníaco, a etapa final do processo de separação. Os painéis solares também produzem mais eletricidade a temperaturas mais baixas, pelo que a recolha do calor residual ajuda a mantê-los frescos e eficientes.
"Cada pessoa produz na sua urina nitrogénio suficiente para fertilizar um jardim, mas grande parte do mundo depende de fertilizantes importados e dispendiosos", afirmou Orisa Coombs, autora principal do estudo e estudante de doutoramento em engenharia mecânica. "Não é necessária uma fábrica gigante de produtos químicos nem sequer uma tomada de parede. Com luz solar suficiente, é possível produzir fertilizante exatamente onde é necessário e, potencialmente, até armazenar ou vender o excesso de eletricidade".
O estudo mostra que a integração do calor gerado pelo painel solar para aquecer o líquido utilizado no processo eletroquímico e a gestão da corrente fornecida ao sistema eletroquímico aumentaram a produção de energia em cerca de 60% e melhoraram a eficiência da recuperação do amoníaco em mais de 20%, em comparação com os protótipos anteriores, que não integravam estas funções. A utilização deste calor residual é especialmente promissora porque é muito abundante: cerca de 80% da energia solar que atinge os painéis solares perde-se, o que poderia provocar o sobreaquecimento do sistema e o abrandamento da eficiência.
Os investigadores também desenvolveram um modelo detalhado para prever como as alterações na luz solar, na temperatura e na configuração eléctrica afectam o desempenho e a economia do sistema. O modelo mostrou que em regiões como o Uganda, onde os fertilizantes são caros e as infra-estruturas energéticas são limitadas, o sistema poderia gerar até 4,13 dólares por quilograma de azoto recuperado - mais do dobro dos ganhos potenciais nos EUA.
Os investigadores acreditam que a abordagem pode ser alargada para ajudar os agricultores e as comunidades em todo o mundo. As lições aprendidas sobre a integração do calor residual dos painéis solares também podem ser aplicadas a instalações industriais, tais como estações de tratamento de águas residuais, capazes de captar o calor produzido durante a produção de eletricidade para alimentar uma série de aplicações.
Coombs está a trabalhar num protótipo que terá o triplo da capacidade do reator, será capaz de processar uma quantidade significativamente maior de urina e processará mais rapidamente quando houver mais luz solar disponível.
Para além do potencial de recolha de um produto valioso e de geração de energia, a abordagem é promissora para um saneamento eficaz. De acordo com a ONU, mais de 80% das águas residuais não são tratadas, grande parte das quais em países de baixo e médio rendimento. O azoto presente nas águas residuais pode contaminar as águas subterrâneas e as fontes de água potável e provocar a proliferação de algas que destroem o oxigénio e matam as plantas e os animais aquáticos. Ao remover o azoto da urina, o sistema protótipo torna o líquido remanescente mais seguro para descarga ou reutilização para irrigação. A capacidade de fazer isto com um sistema auto-alimentado poderia ser um fator de mudança em muitos países onde apenas uma pequena percentagem da população está ligada a sistemas de esgotos centralizados.
"Muitas vezes pensamos na água, nos alimentos e na energia como sistemas completamente separados, mas este é um daqueles casos raros em que a inovação da engenharia pode ajudar a resolver vários problemas ao mesmo tempo", disse Coombs. "É limpo, é escalável e é literalmente alimentado pelo sol".
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
"Prototyping and Modeling a Photovoltaic/Thermal Electrochemical Stripping System for Distributed Urine Nitrogen Recovery"; Nature Water 2025.
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