Descoberta evaporação causada pela luz, sem calor

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/11/2023

Na imagem do lado direito é possível ver a o vapor de água condensando-se no vidro, fruto da evaporação induzida pela iluminação do hidrogel com luz verde.
[Imagem: Yaodong Tu/MIT]

Evaporação induzida pela luz

A evaporação acontece ao nosso redor o tempo todo, desde o suor que esfria nossos corpos até o orvalho que desaparece sob o Sol da manhã. Por isso pode parecer surpreendente que um aspecto desse processo onipresente tenha escapado da compreensão da ciência até agora.

Nos últimos anos, alguns pesquisadores relataram em seus artigos científicos que a água em seus experimentos que era retida em um material semelhante a uma esponja, conhecido como hidrogel, evaporava a uma taxa mais elevada do que poderia ser explicada pela quantidade de calor - ou energia térmica - que essa água estava recebendo. E o excesso tem sido significativo, atingindo de duas a três vezes a taxa máxima teórica de evaporação.

Intrigados com a questão, Yaodong Tu e colegas do MIT, nos EUA, projetaram experimentos cuidadosos para checar tudo o que estava acontecendo nesses casos ainda inexplicáveis. E eles descobriram nada menos do que uma evaporação que não depende da energia térmica.

O que se descobriu é que a luz pode provocar diretamente a evaporação na interface onde a água encontra o ar, sem a necessidade de calor - na verdade, a evaporação induzida pela luz, gerada por um efeito fotomolecular, é ainda mais eficiente do que a evaporação induzida pelo calor. Nos experimentos, a água foi retida em um hidrogel, mas a equipe acredita que o fenômeno também pode ocorrer em outras condições.

Na verdade, o fenômeno da evaporação pela luz pode desempenhar um papel na formação e na evolução da neblina, dos nevoeiros e das nuvens e, portanto, poderá ser importante incorporá-lo nos modelos climáticos para melhorar as previsões. Além disso, o efeito fotomolecular poderá desempenhar um papel importante em muitos processos industriais, como na dessalinização da água alimentada por energia solar, eventualmente permitindo alternativas à etapa de conversão inicial da luz solar em calor.

Os experimentos para demonstração do efeito fotomolecular foram feitos em condições de escuridão total, sob luz ou com injeção de energia térmica.
[Imagem: Yaodong Tu et al. - 10.1073/pnas.2312751120]

Efeito fotomolecular

A descoberta é surpreendente porque a própria água não absorve luz em nenhum grau significativo - é por isso que conseguimos ver claramente através de muitos metros de água limpa.

Assim, quando a equipe começou a explorar o processo de evaporação solar para dessalinização, eles primeiro colocaram partículas de um material preto que absorve luz em um recipiente com água para ajudar a converter a luz solar em calor. Eles usaram um hidrogel sintetizado por outra equipe, que havia relatado os resultados anômalos. E os resultados da outra equipe se confirmaram.

Projetando novos experimentos mais detalhados e realizando simulações de computador, os pesquisadores constataram que o excesso de evaporação - a taxa de evaporação que não pode ser explicada pela injeção de energia térmica - estava sendo causado pela própria luz: Os fótons de luz "afrouxam" feixes de moléculas de água da superfície da água. Nos experimentos, este efeito só ocorreu na camada limite entre a água e o ar, na superfície do hidrogel, mas na natureza é plausível conjecturar que ele também ocorra na superfície do mar ou nas superfícies de gotículas em nuvens ou mesmo na neblina.

Os pesquisadores tentaram alcançar a mesma taxa de evaporação - o dobro da esperada - usando eletricidade para aquecer o material, sem qualquer incidência de luz. Embora o aporte térmico tenha sido o mesmo do outro teste, a quantidade de água que evaporou nunca ultrapassou o limite térmico, confirmando que a luz era a causa da evaporação extra.

Tendo descrito este efeito fotomolecular, os pesquisadores agora estão tentando descobrir formas de aplicá-lo às necessidades do mundo real, da modelagem climática aos sistemas de dessalinização, que possuem uma fase de evaporação que poderá ser otimizada com o uso da luz solar - dobrar ou até triplicar essa taxa deverá gerar sistemas mais eficientes e mais baratos.

Mais tópicos