Sensor de última geração mede qualidade da água sem usar químicos

Equipamento é capaz de quantificar clorofila e oxigênio dissolvido na água e a sua turbidez

Pesquisadores da Embrapa Meio Ambiente (SP), em parceria com a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP) e o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, campus Salto (IFSP), desenvolveram um sensor capaz de medir parâmetros de qualidade da água como clorofila, oxigênio dissolvido e turbidez, sem a necessidade de reagentes químicos, o que o torna mais sustentável e econômico. Trata-se de um equipamento optoeletrônico de última geração, baixo custo, fácil manutenção e tamanho reduzido, capaz de ser acoplado futuramente a drones.

Feito sob medida para os aquicultores brasileiros, o aparelho gera resultados mais precisos do que os obtidos por métodos tradicionais utilizados nos laboratórios para detecção analítica de compostos químicos. A tecnologia é fruto de uma das ações de pesquisa do BRS Aqua, o maior projeto científico em aquicultura do Brasil, com mais de 50 parceiros públicos e 11 empresas privadas.

O sistema é dotado de sondas ópticas de imersão que medem 1 cm de comprimento por 2,5 cm de diâmetro, pesando cerca de 300 g, uma fração do tamanho de sondas tradicionais do mercado, com cerca de 4,5 cm (comprimento) x 9,6 cm (diâmetro), pesando cerca de 1,8 kg. O novo sensor é acompanhado de um display de 1,15 cm (largura) x 6,6 cm (altura) x 2,83 cm (comprimento), aproximadamente.

Além da portabilidade, o equipamento é de fácil operação. Sensores optoeletrônicos presentes na sonda conseguem captar ondas de luz de diferentes comprimentos (multiespectrais) e, assim, detectam e quantificam a clorofila presente na água mesmo em baixas concentrações. Resultados similares poderiam ser obtidos em laboratório com um equipamento denominado fluorímetro, porém, o custo maior, a fragilidade do sistema óptico e as grandes dimensões do aparelho inviabilizariam o seu uso em áreas aquícolas.

Segundo o pesquisador da Embrapa Luiz Eduardo Vicente, por ser óptico, o sensor dispensa a necessidade de reagentes ou elementos químicos de excitação (eletroquímicos). Isso o torna uma alternativa interessante aos sensores tradicionais, como as sondas multiparâmetros, que têm custos mais elevados de aquisição e manutenção.

"Nosso sensor foi desenvolvido a partirde métodos espectrorradiométricos [medição de ondas de luz] para auxiliar os piscicultores na análise da qualidade da água com mais economia e eficiência. Em termos simples: utilizamos a luz e sua relação com os parâmetros da qualidade da água, clorofila, por exemplo, para medirmos a nossa amostra, sendo que conseguimos baratear e tornar o processo mais acessível por meio da utilização de microssensores optoeletrônicos aprimorados”, detalha.

Protótipo já mede a clorofila na água

Vicente explica que já existe um protótipo pronto, testado, validado e apto a medir a clorofila, que é um dos parâmetros de qualidade da água mais importantes para o aquicultor. Além de essa medição ser uma exigência do Conselho Nacional de Meio Ambiente (Conama) para avaliação do impacto ambiental da atividade, ela é fundamental ao manejo da piscicultura. Uma grande quantidade de clorofila pode significar maior presença de algas ou cianobactérias, as quais podem prejudicar a saúde dos peixes e causar prejuízos econômicos aos piscicultores. Ademais, o aumento de algas e consequentemente de clorofila pode estar associado a fatores contaminantes como a presença de esgoto na água.

Agricultura e a medição das ondas de luz O pesquisador Luiz Vicente conta que o uso de geotecnologias e ferramentas de ponta na área de sensoriamento remoto, como a microeletrônica embarcada e a espectrorradiometria, são uma importante frente de inovação para a agricultura brasileira. Elas conjugam métodos de coleta e análise de amostras ambientais sem uso de químicos ou processos complexos de preparo e destruição das amostras, abrindo a possibilidade de uso de sensores de baixo custo que possam ser utilizados em rotinas no campo. Esses métodos são, de maneira geral, definidos como espectrorradiométricos e baseiam-se no registro da interação da luz, tecnicamente radiação eletromagnética, sobre os alvos em diferentes comprimentos de onda.

O pesquisador prevê que, em breve, o equipamento estará disponível no mercado, com uso em diferentes plataformas de coleta. “Graças ao seu tamanho e peso reduzidos, está em nosso planejamento a utilização do sensor em drones. Ainda estamos aprimorando os métodos de coleta, mas basicamente o drone colocaria o sensor em contato com a água em voo baixo por pouco segundos e iria para outro ponto”, planeja o cientista. Atualmente, o sensor pode ser usado por parceiros e colaboradores do projeto. Após a sua finalização, a tecnologia estará disponível para empresas interessadas em produzi-lo e comercializá-lo.

Vicente acredita que o novo sensor será bem recebido pelos aquicultores, já que os custos para a realização de medidas de clorofila por métodos químico-destrutivos tradicionais são extremamente elevados para o produtor e para os órgãos de fiscalização. Pode chegar a mais de R$ 100,00 por amostra para apenas um parâmetro como a clorofila, o que restringe seu uso.

Conhecimento restrito a poucos centros de pesquisa

Os experimentos de validação e calibração envolvem novas técnicas, aprimoramento e desenvolvimento de equipamentos como os espectrorradiômetros recém-incorporados à Embrapa Meio Ambiente que trabalham com instrumentos tradicionais como espectrofotômetros e fluorímetros, disponíveis no parque laboratorial da Empresa, possibilitando o desenvolvimento dos novos sensores.

“Cabe ressaltar que o desenvolvimento de sensores é um ramo altamente especializado, que abrange desde o alto nível de conhecimento físico-químico e espectral dos alvos, até os princípios matemáticos e eletrônicos para a criação de sensores e instrumentos de medição. Esse tipo de conhecimento é dominado por apenas alguns centros de pesquisa no mundo”, revela o cientista da Embrapa.

Os recursos financeiros para a realização desse trabalho vêm do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), por meio de seu Fundo Tecnológico (Funtec), da Secretaria de Aquicultura e Pesca do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (SAP/Mapa), em parceria com o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), e da própria Embrapa.

Trabalho de parceiros

Além da Poli-USP e do IFSP, os estudos que levaram ao desenvolvimento do protótipo contaram ainda com a parceria da Plataforma Multi-institucional de Monitoramento das Reduções de Emissões de Gases de Efeito Estufa na Agropecuária (Plataforma ABC).

Vicente menciona que o trabalho contou com a colaboração de especialistas em microeletrônica e sensores, como a equipe do professor Walter Jaimes Salcedo, da Poli-USP, e do professor Mauro Sérgio Braga, do IFSP. Também participaram os especialistas em sensoriamento remoto e limnologia (estudo de rios e lagos) Ana Carolina Campos Gomes e Jorge Laço Portinho, contratados com recursos do projeto BRS Aqua.

O desenvolvimento foi realizado no âmbito da atividade "Sistema de espectrorradiometria e sensores remotos multi/hiperespectrais aplicados na instrumentalização da rede de pesquisa em monitoramento da aquicultura", coordenada por Vicente, e parte do projeto “Manejo e Gestão Ambiental da Aquicultura”, coordenado pelo pesquisador da Embrapa Celso Manzatto.

O primeiro usuário do sensor é o próprio projeto BRS Aqua. “Atualmente, levamos meses entre coleta, análise e disponibilização dos dados em meio digital, sendo que com o uso do sensor num futuro próximo teremos como utilizar os dados em tempo quase real, cobrindo áreas bem maiores com menor custo”, destaca Luciana Spinelli, pesquisadora do projeto responsável pela elaboração da base de dados geoespaciais (disponibilizados na forma de mapas para acesso online).

Embrapa Meio Ambiente