Um estudante do ensino médio na Virgínia, EUA, desenvolveu recentemente um protótipo de dispositivo doméstico de filtragem de água que não requer membranas de filtro tradicionais. Ele pode remover mais de 90% das partículas microplásticas da água potável e pode reciclar seu próprio meio filtrante magnético. Tem chamado a atenção devido ao seu baixo custo e baixa necessidade de manutenção.
Mia Heller, 18 anos, estuda na Kettlelen High School, na Virgínia, e também faz cursos de meio período de matemática e tecnologia na Mountain Vista Governor's School. A sua investigação científica foi inspirada pelas notícias locais da sua cidade natal, Warrington, Virgínia: testes revelaram que a água potável local continha elevados níveis de substâncias per e polifluoroalquílicas (PFAS) e microplásticos, mas as autoridades deixaram claro que não seriam fornecidos fundos públicos para instalar sistemas de filtragem e que os residentes teriam de suportar o custo do equipamento de purificação de água. Os pais de Heller instalaram posteriormente um sistema de filtragem avançado, mas as membranas do filtro precisavam ser substituídas com frequência. Esta experiência levou-a a pensar em como reduzir o custo e o limite de manutenção do tratamento de água.
Heller disse que o processo de substituição frequente da membrana do filtro deu-lhe a ideia de projetar um filtro “sem membrana”, na esperança de reduzir os consumíveis e a carga de manutenção e, ao mesmo tempo, purificar com eficácia. Ela teve a ideia inicial na primavera de 2024 e iniciou experimentos intensivos em sua garagem e cozinha no verão do mesmo ano. Em janeiro de 2025, ela concluiu o dispositivo inicial de prova de conceito – parecia nada mais do que um contêiner por fora, mas a estrutura interna já tinha um protótipo.
No centro do dispositivo está uma estrutura que ela chama de “frasco de amplificação rotativo” que usa ferrofluido, um óleo magnético reutilizável, para se ligar seletivamente a partículas microplásticas em um fluxo de água. Quando a água flui através dele, o fluido ferromagnético absorve os microplásticos e os separa. As versões anteriores exigiam duas etapas para remover os microplásticos, mas o ferrofluido não podia ser reciclado automaticamente e ainda exigia manutenção e reposição manuais. Para reduzir a manutenção, ela mudou seu foco de engenharia para a construção de um sistema de circuito fechado que pudesse ser "autolimpante" e reciclar materiais magnéticos.
Durante a depuração repetida subsequente, Heller precisava resolver dois problemas principais no layout estrutural: primeiro, o ferrofluido é mais viscoso que a água, como deixá-lo entrar suavemente na câmara de água acima sem bloquear o fluxo de água; segundo, como fazer com que a separação magnética e a recuperação de ferrofluido funcionem juntas no mesmo sistema, em vez de se restringirem. Após cerca de cinco rodadas de iterações de design, ela optou por uma configuração que consiste em três módulos.
O protótipo atual é composto por três unidades: a primeira é um módulo de água bruta com volume de cerca de um litro, que serve para carregar água a ser tratada contendo microplásticos; o segundo é um módulo que armazena ferrofluido magnético à base de óleo; e o terceiro é um módulo de separação menor, que é a parte mais concentrada do processo físico em todo o dispositivo. Neste módulo, o campo magnético puxa o ferrofluido com microplásticos anexados da água e realiza a recuperação e reutilização do ferrofluido, formando assim um processo de separação magnética em circuito fechado. Em termos de utilização, este dispositivo está mais próximo de um purificador de água doméstico, exceto que a tradicional membrana de filtro sólido é substituída por um estágio de separação de ferrofluido.
Para verificar o desempenho, Heller construiu um conjunto de sensores de turbidez para medir a concentração de partículas suspensas no corpo d'água e utilizá-los para quantificar o conteúdo de ferrofluido e microplásticos e calcular a taxa de remoção de microplásticos. Os resultados dos testes mostram que o protótipo do dispositivo pode remover 95,52% dos microplásticos da água potável e recuperar 87,15% do ferrofluido. Como comparação, as estações convencionais de tratamento de água potável normalmente removem os microplásticos com aproximadamente 70 a 90 por cento de eficiência. Heller acredita que este resultado prova que é possível construir um sistema de filtração com custo controlável e baixo desperdício sem o uso de membranas filtrantes sólidas.
A invenção já foi reconhecida em um concurso de tecnologia para jovens. Com este projeto, Heller foi finalista do Regeneron ISEF 2025, considerada a maior competição científica do mundo para estudantes do ensino médio, e ganhou um prêmio especial de US$ 500 da Associação de Marcas e Patentes dos Estados Unidos por seu design de filtragem de baixo custo e alta eficiência.
Na comunidade de pesquisa científica, sua tentativa também recebeu críticas positivas. O toxicologista Matthew J. Campen, da Universidade do Novo México, estuda há muito tempo misturas complexas de poluentes inalados e seus efeitos nos sistemas respiratório e cardiovascular. Ele considera que este sistema é uma “ideia muito boa” e salienta que está a fazer “algo que deve ser feito”. Ao mesmo tempo, lembrou também que ainda existem algumas questões em aberto a nível técnico e ambiental.
A chave, disse Campen, é garantir que, uma vez filtrados, os microplásticos possam ser recolhidos e eliminados ou destruídos de forma segura, sem deixar novos resíduos contaminantes no processo. Por outras palavras, qualquer solução viável deve evitar a situação de “remover um tipo de poluição e criar outro”. Além disso, a escala e o nível de implantação da tecnologia ainda precisam de ser discutidos: serão esses sistemas mais adequados para implantação em tubagens domésticas, prediais e comunitárias, ou deverão ser integrados no processo a montante da estação de tratamento de água municipal?
A pesquisa surge em meio à crescente preocupação com os microplásticos. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA define microplásticos como partículas com tamanhos entre 1 nanômetro e 5 milímetros, e esses fragmentos são agora onipresentes em ecossistemas e organismos vivos. O estudo observou que a quantidade de microplásticos ingeridos pelos organismos aumentou aproximadamente seis vezes desde 1990. Um estudo de 2025 da Universidade do Novo México, do qual Kampen participou, descobriu que a concentração de microplásticos no tecido cerebral humano aumentou aproximadamente 50% em menos de dez anos. Embora os efeitos deste tipo de exposição na saúde ainda estejam a ser estudados, vários estudos recentes associaram a ingestão de microplásticos a uma variedade de doenças não transmissíveis, incluindo cancro, doenças respiratórias e cardiovasculares, distúrbios hormonais e doença de Alzheimer.
Apesar dos problemas não resolvidos acima mencionados, os especialistas geralmente veem o sistema de separação magnética de Heller como uma direção digna de incentivo do ponto de vista da engenharia e da saúde pública. Na sua opinião, o cenário de aplicação mais claro ainda é em casa, proporcionando aos residentes comuns um nível mais elevado de protecção da água potável através de equipamentos de custo relativamente baixo e de fácil manutenção. Antes de considerar a comercialização, ela espera que os dados de desempenho que obtém sejam verificados por um laboratório independente. Heller disse que “espera muito trazer isso ao mercado” e acha que é uma meta “muito interessante e que vale a pena tentar”.