Technoeconomic Framework for Evaluating Desalination and Brine Management Pathways across the United States

A água é o recurso mais essencial para a vida humana, mas a forma como temos acesso a ela está mudando. Por séculos, as sociedades dependeram de rios, lagos e aquíferos subterrâneos para suprir suas necessidades. Mas, à medida que as populações crescem e os climas mudam, essas fontes tradicionais estão se tornando sobrecarregadas ou esgotadas. Em resposta, engenheiros voltaram-se para os oceanos e para as camadas mais profundas e salgadas da Terra em busca de água doce. O processo de remover o sal da água, conhecido como dessalinização, é uma ferramenta poderosa, mas cria um subproduto: um líquido espesso e salgado chamado salmoura. Gerenciar esse resíduo é tão crítico quanto produzir a própria água doce. Se deixada sem tratamento, a salmoura pode prejudicar o meio ambiente, mas descartá-la custa dinheiro e energia. A questão central enfrentada pelos planejadores de recursos hídricos hoje não é apenas como produzir água doce, mas como fazê-lo de uma forma que seja acessível e segura, dependendo de onde uma comunidade está localizada e de que tipo de água salgada elas têm para começar.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveu uma nova maneira de responder a essa pergunta para todos os Estados Unidos. Eles criaram um mapa detalhado que calcula o custo real de transformar diferentes tipos de água salgada em água doce, considerando também a despesa de lidar com a salmoura restante. O trabalho deles analisa três fontes principais de água salgada: a água do mar da costa, o lençol freático salobra encontrado no interior e a água produzida, que é um líquido salgado trazido à superfície durante a perfuração de petróleo e gás. Para cada fonte, eles testaram três maneiras diferentes de lidar com o resíduo: despejá-lo de volta no oceano, injetá-lo profundamente no subsolo ou usar um sistema complexo para evaporar toda a água e recuperar o sal sólido. Ao realizar milhares de cálculos por todo o país, descobriram que a melhor solução depende inteiramente de duas coisas: o quão salgada é a água e a distância do local em relação ao oceano.

Os pesquisadores descobriram que, para cidades costeiras, a abordagem mais simples é frequentemente a melhor. Se uma planta está perto do mar, ela pode bombear água do mar através de um filtro para produzir água doce e, em seguida, devolver a salmoura salgada ao oceano. Este método é barato, custando entre um e um dólar e meio para cada metro cúbico de água produzida. No entanto, esta opção torna-se impraticável quanto mais longe do litoral uma cidade estiver. Transportar água doce da costa para um lugar como Denver, por exemplo, adiciona tanto custo que o preço total salta para cerca de três dólares e meio por metro cúbico. O estudo mostra que, para áreas do interior, faz mais sentido tratar a água salgada local em vez de transportar água da costa.

Ao observar as fontes do interior, o tipo de água importa muito. Para áreas com lençóis freáticos levemente salgados, a maneira mais econômica de lidar com o resíduo é bombeá-lo profundamente no subsolo em formações geológicas, um método chamado de injeção em poços profundos. Isso evita o alto custo de transportar o líquido pesado e salgado de volta ao oceano. Os pesquisadores descobriram que, para águas de baixa salinidade encontradas longe da costa, tentar recuperar o sal é geralmente uma proposição financeira perdedora. O equipamento necessário para ferver a água e coletar o sal é caro para construir e operar, e a pequena quantidade de sal recuperada não pode pagar pelo processo. Nesses casos, o custo de produzir a água permanece entre um e três dólares por metro cúbico, mas o sistema de recuperação de sal adiciona despesas extras demais para valer a pena.

A situação muda quando a água é muito salgada, como a água produzida de operações de petróleo e gás. Nestes casos de alta salinidade, a economia se inverte. Como há tanto sal na água, um sistema que recupera o sal pode, na verdade, ganhar dinheiro vendendo-o. Essa receita ajuda a compensar o alto custo do equipamento necessário para concentrar e cristalizar a salmoura. O estudo sugere que, para estas fontes específicas do interior, muito salinas, um sistema de descarga zero de líquidos — onde nenhuma água sai da planta como resíduo — é uma opção viável e, às vezes, preferível. Os pesquisadores observaram que, para estas alimentações de alto sal, a recuperação do sal pode transformar um problema de resíduo caro em uma fonte de receita, tornando todo o processo mais acessível.

Para visualizar essas descobertas, a equipe criou um guia que atua como uma ferramenta de decisão para planejadores de recursos hídricos. Ele mostra que, se uma comunidade estiver a aproximadamente 500 a 700 quilômetros da costa, bombear água do mar e descartar a salmoura no oceano é o caminho mais barato. Se a comunidade estiver mais ao interior, mas tiver água com baixo teor de sal, injetar o resíduo no subsolo é a melhor escolha. Se a água do interior for muito salina, então recuperar o sal torna-se a estratégia econômica mais sensata. Este arcabouço ajuda a ir além de uma abordagem de "tamanho único", reconhecendo que uma solução que funciona para uma cidade costeira na Califórnia não funcionará para uma cidade no meio do país.

O estudo também comparou esses métodos de dessalinização com outra tecnologia emergente: extrair água diretamente do ar. Embora capturar a umidade da atmosfera possa parecer uma solução perfeita para lugares secos, os pesquisadores descobriram que ela é significativamente mais cara do que a dessalinização, custando cerca de onze a treze dólares por metro cúbico. Esse alto preço significa que extrair água do ar é apenas uma opção realista para comunidades muito pequenas e remotas, onde não há água salgada disponível e o transporte de água de qualquer outro lugar é impossível. Para a grande maioria da população, o caminho à frente reside na gestão das fontes de água mais salinas já presentes no solo e no mar.

Em última análise, esta pesquisa fornece um roteiro claro e baseado em dados para o futuro da água nos Estados Unidos. Ela confirma que, embora a dessalinização seja uma ferramenta necessária para combater a escassez de água, seu sucesso depende de combinar a tecnologia certa com a localização certa. Ao compreender os custos específicos de transporte, a salinidade da água local e o valor dos produtos residuais, as comunidades podem escolher um caminho que seja não apenas tecnicamente possível, mas também economicamente sustentável. O trabalho sugere que, com um planejamento cuidadoso, os Estados Unidos podem expandir sua oferta de água doce para atender às necessidades de sua crescente população sem quebrar o banco ou prejudicar o meio ambiente.