Dispositivo portátil usa energia solar para esterilizar equipamentos médicos

As infecções¹ associadas aos cuidados de saúde² causam um fardo enorme para o sistema de saúde² e os pacientes. Embora o protocolo de esterilização padrão com vapor saturado (>121° C e >205 kPa) seja eficaz, gerar vapor de alta temperatura e alta pressão é um desafio sem acesso confiável a eletricidade ou combustível. Dessa forma, para profissionais médicos que realizam cirurgias em áreas remotas do mundo, o equipamento esterilizado nem sempre está disponível.

Embora a energia solar abundante esteja prontamente disponível, a utilização da luz solar para gerar vapor além de 100° C requer componentes optomecânicos volumosos e caros. Agora, um dispositivo portátil movido a energia solar pode gerar vapor de alta pressão suficiente para esterilizar instrumentos médicos em áreas com recursos limitados.

Lin Zhao, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), e seus colegas desenvolveram um dispositivo que pode alimentar uma autoclave, uma máquina usada para esterilizar equipamentos médicos ao cozinhá-los de forma eficaz sob pressão.

A nova ferramenta funciona mesmo em condições nebulosas ou nubladas. Consiste em um componente solar que aquece a água para gerar vapor, que é então conectado a uma câmara de pressão.

Leia sobre "Infecção³ hospitalar" e "Septicemia⁴".

Em estudo publicado na revista Joule, os pesquisadores relataram os principais destaques da pesquisa que desenvolveu um gerador de vapor solar passivo de alta temperatura e alta pressão para esterilização médica:

• Um dispositivo térmico solar passivo que pode gerar vapor a 128° C e 250 kPa
• Concentração térmica eficiente possibilitada por uma camada de aerogel ultra-transparente
• Eficiência de até 56% ao gerar vapor a 100° C com fluxo solar de 0,7 kW/m²
• Esterilização médica eficaz demonstrada em condições meteorológicas realistas

“Um grande desafio de usar esse tipo de dispositivo para fornecer pressão e vapor acima de 100° C é que esses dispositivos perderão calor para o meio ambiente”, diz Zhao.

Com isso em mente, um componente chave do aquecedor solar é um aerogel – um material sólido, semelhante a espuma – feito de sílica. O gel é totalmente transparente, por isso não impede a absorção da luz solar, mas age como um isolante para evitar a perda de calor.

O dispositivo térmico solar estacionário desenvolvido foi construído principalmente a partir de componentes prontos para uso de baixo custo, e é capaz de fornecer vapor saturado e pressurizado para conduzir os ciclos de esterilização, mesmo sob nebulosidade e tempo parcialmente nublado.

Habilitado por um aerogel de sílica ultra-transparente otimizado, o dispositivo utiliza uma estratégia de concentração térmica eficiente para aumentar localmente o fluxo de calor e a temperatura, eliminando a necessidade de concentradores ópticos ativos. Com eficiência energética quase 2x maior (47%) do que os relatados anteriormente a 100° C, o dispositivo demonstrou esterilização bem-sucedida em um teste de campo realizado em Mumbai, Índia.

Para serem eficazes na esterilização de equipamentos, as autoclaves devem manter uma temperatura de pelo menos 121° C por 30 minutos, com uma pressão de pelo menos 205 quilopascais (kPa) gerada pelo vapor saturado.

No teste de campo em Mumbai, os pesquisadores montaram um dispositivo protótipo e mostraram que ele poderia gerar vapor com sucesso a 128° C e 250 kPa.

Quando exposto à luz solar, o aquecedor solar demorava cerca de 10 minutos para aquecer a água até as condições de temperatura e pressão necessárias para a autoclave.

Os pesquisadores estimam que uma das unidades solares gera 260 watts de energia, o que não é suficiente para alimentar as autoclaves de 60 ou 100 litros normalmente usadas em salas de cirurgia. “Você só precisaria conectar mais de nossos módulos solares para fornecer calor suficiente”, diz Zhao.

Além de possibilitar a esterilização passiva, este trabalho promete o desenvolvimento de sistemas de energia solar térmica para geração de vapor saturado em aplicações de conversão, armazenamento e transporte de energia.

Fontes:
Joule, publicação em 18 de novembro de 2020.
New Scientist, notícia publicada em 18 de novembro de 2020.