Planta eólica gera energia balançando as folhas

As folhas biomiméticas geram eletricidade ao balançar ao sabor do vento.[Imagem: Christopher Gannon]

Planta eólica

Esta planta artificial gera eletricidade, mas não segue a rota convencional dafotossíntese artificial.

Em vez de aproveitar a luz do Sol, a ideia é aproveitar o vento: as folhas geram energia quando são balançadas mesmo por uma brisa suave.

Essa abordagem não irá competir com asturbinas eólicas e seus gigantescos cata-ventos, mas há nichos de aplicações para os quais ela pode ser interessante.

Os mais óbvios são os sensores ambientais, que precisam funcionar em lugares ermos, onde a troca de baterias não é algo desejável, e os dispositivos da Internet das Coisas, que também precisam funcionar sem que as pessoas fiquem se lembrando deles.

"As torres de telefonia celular em alguns locais urbanos, como em Las Vegas, estão sendo camufladas como árvores completas, com folhas que servem apenas para melhorar a estética da torre. Capturar energia com essas folhas pode aumentar sua funcionalidade," defende o professor Michael McCloskey, da Universidade do Estado de Iowa, nos EUA.

Piezoeletricidade ou triboeletricidade

A eletricidade é gerada por pequenos fios incorporados nas folhas e também funcionando como talos. Esses fios são feitos de materiais piezoelétricos, que produzem uma pequena corrente elétrica quando são movimentados ou pressionados.

A otimização ficou por conta do formato das folhas. Depois de vários experimentos, a equipe concluiu que a folha do choupo-do-canadá oferece o melhor desempenho porque suas hastes obrigam as folhas a oscilar em um padrão regular que otimiza a geração de energia pelos fios piezoelétricos flexíveis.

A coisa funcionou, mas a eficiência da abordagem piezoelétrica deixou a desejar. Por isso a equipe pretende construir outros protótipos usando outros métodos de transdução, como atriboeletricidade, ou a geração de cargas elétricas por atrito entre materiais diferentes.

Isto também permitirá colocar mais folhas por árvore artificial, eventualmente gerando eletricidade suficiente para usos práticos.

Laser transforma grafite em diamante a temperatura ambiente

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Foto dos nanodiamantes feita por microscópio (em cima) e esquema do funcionamento da técnica (embaixo). [Imagem: Qiong Nian et al. - 10.1038/srep06612]

Melhor que metal

O que começou como uma pesquisa para desenvolver um método para fazer metais mais fortes acabou com a descoberta de uma nova técnica para transformar grafite em diamante em condições ambientais normais.

A nova técnica usa um laser pulsado a temperatura ambiente para criar filmes de nanodiamantes, com aplicações potenciais de biossensores a chips de computador futurísticos.

"A maior vantagem é que você pode depositar seletivamente os nanodiamantes em superfícies rígidas, sem as altas temperaturas e pressões normalmente necessárias para produzir diamantes sintéticos," disse Gary Cheng, da Universidade Purdue, nos Estados Unidos.

Transformando grafite em diamante

A técnica começa com uma película formada por uma camada de grafite recoberta com uma folha de vidro. Quando essa película é exposta aos pulsos ultrarrápidos de um laser, o grafite é convertido instantaneamente em um plasma ionizado, criando uma pressão para baixo.

Assim que o pulso de laser cessa, o plasma de grafite resfria e se solidifica rapidamente na forma de diamante - grafite e diamante são feitos de carbono puro, dispostos em diferentes arranjos atômicos.

A folha de vidro confina o plasma, impedindo que ele escape, o que permite criar filmes contínuos de nanodiamantes com grande precisão e confiabilidade.

Com o uso de uma base motorizada é possível escrever linhas de nanodiamantes para criar circuitos e sensores. [Imagem: Qiong Nian et al. - 10.1038/srep06612]

Tinta de diamante

A capacidade de escrever seletivamente linhas de diamante sobre superfícies sólidas pode ser útil para várias aplicações, incluindo a computação quântica, células a combustível e chips de computador de última geração.

"Fizemos isto em temperatura ambiente e sem uma câmara de alta temperatura e pressão, de modo que este processo pode reduzir significativamente o custo de fabricar diamantes. Além disso, viabilizamos uma técnica de escrita direta que pode escrever seletivamente padrões projetados usando [uma "tinta" de] nanodiamantes," completou Cheng.

Os pesquisadores batizaram o processo de CPLD (Confined Pulse Laser Deposition, deposição confinada por laser pulsado, em tradução livre).

Diamano: Como fazer grafite virar diamante sem fazer força

O roteiro estabelece as condições para a sintetização do diamano, ou diamante plano, a partir do grafeno. [Imagem: Pavel Sorokin/TISNCM]

Diamano

Folhas de diamante perfeitas e muito finas podem ser produzidas sem as gigantescas pressões que criam as gemas naturais ou os diamantes sintéticos.

Os experimentos ainda estão no princípio, mas alguns pesquisadores já acreditam ter detectado o que seriam sinais do que eles chamam de "diamano", um diamante plano.

O diamano é uma estrutura extremamente fina, com poucos átomos de espessura, mas que preserva todas as excepcionais propriedades termais e semicondutoras do diamante.

Para ajudar nessa busca, pesquisadores dos EUA e da Rússia, trabalhando conjuntamente, calcularam um diagrama de fase, uma "receita" para a sintetização das folhas de diamante.

O diagrama mostra as condições - temperatura, pressão e outros fatores - que são necessários para transformar uma série de folhas empilhadas de grafeno em diamano - tanto o grafeno como o diamante são formados unicamente por átomos de carbono, dispostos em estruturas cristalinas diferentes.

O que mais surpreendeu é que, segundo o roteiro, o diamano pode ser produzido de forma inteiramente química, em algumas circunstâncias sob pressão atmosférica - a nova variável que parece ter tirado a pressão do circuito é a quantidade de camadas de grafeno utilizadas.

"Quando você tem várias camadas, você consegue um efeito dominó, no qual o hidrogênio começa uma reação no topo e se propaga através do sistema de carbono," explicou o professor Boris Yakobson. "Quando ele atravessa tudo, a transição de fase está completa e a estrutura cristalina resultante é a do diamante."

A equipe é a mesma que há poucos dias previu a sintetização do carbino, que poderá ser o novo material mais forte do mundo.

Para se tornar realidade, o diamante plano ainda terá que vencer o desafio da barreira à nucleação. [Imagem: DOI: 10.1021/nl403938g]

Barreira à nucleação

Agora os experimentalistas vão ter que testar tudo em laboratório, torcendo para que não surja pelo caminho um problema conhecido como "barreira à nucleação" que, se for alta demais, pode impedir a transição de fase - para o carbono é muito mais fácil cristalizar-se como grafite do que como diamante.

"Termodinamicamente, um diamante pode virar grafite, mas isso não acontece exatamente por causa da barreira de nucleação. Então, às vezes, ela é útil. Mas, se quisermos fabricar diamante plano, vamos precisar descobrir meios de contornar essa barreira," disse Yakobson.

Se tudo der certo, o diamante plano será mais uma estrela no crescente mundo dos materiais "bidimensionais", que recentemente foi brindado com a chegada do fosforeno e que logo poderá contar também com o estaneno.

"O diamano tem uma ampla gama potencial de aplicação," disse Yakobson. "Ele pode ser aplicado como películas dielétricas muito finas e duras em nanocapacitores ou em componentes nanoeletrônicos rígidos. Além disso, o diamano tem potencial para aplicação em nano-óptica."

Sem minas, Suíça lidera mercado mundial de ouro

Não se conhece a origem exata do ouro que escorre pelas refinarias da Suíça, nem as condições nas quais o metal é explorado.[Imagem: BBC]

Mineração virtual

As colinas do sul da Suíça concentram mais do que vinho e tranquilidade: quatro das maiores refinarias de ouro do mundo estão no país, três delas na região de Ticino.

Apesar de o país não possuir minas de ouro, estima-se que dois terços da produção global do mineral sejam refinados na Suíça. O ouro vem principalmente da América do Sul e África.

"Tem a ver com a história", explica o consultor financeiro Roberto Grassi. "Durante a Segunda Guerra Mundial, devido à grande quantidade de ouro que estava estocada na Suíça, os bancos decidiram estabelecer suas próprias refinarias, produzindo as barras."

Assim como nos bancos, todo o processo é cercado de sigilo e muita segurança. Os funcionários da refinaria não podem ser identificados e nem mesmo falam quantas barras são produzidas por dia.

Mas os dados mais recentes, de 2015, indicam que mais de 2.600 toneladas de ouro cru foram importadas para a Suíça, a um valor de US$ 103 bilhões (cerca de R$ 214 bilhões).

Seguro de ouro

De fora, a refinaria Pamp Gold se parece com qualquer outra fábrica, e a entrada não chama atenção a não ser por um nível maior de segurança.

Dentro do local, em um dos salões, minério derretido é derramado em moldes para fazer barras de ouro de 12,5 quilos, entre outros tamanhos.

Neste final de ano, o grama do ouro estava cotado a R$ 109,50 na BM&F Bovespa e US$1.266/onça troy (31,103 gramas) em Nova Iorque (cerca de R$ 3.490). Sendo assim, dependendo do peso da barra, seu valor pode chegar a US$ 680 mil (cerca de R$ 1,4 milhão).

Isso demonstra que o mercado do ouro está aquecido, como sempre acontece quando o clima é de crise econômica.

"Desde a crise financeira de 2008, o ouro virou tendência predominante", afirmou Mehdi Barkhordar, diretor-administrativo da Pamp Gold.

"Houve uma crise de confiança. As pessoas não tinham certeza de que o sistema bancário que usavam ficaria intacto, ou mesmo que o sistema financeiro do país ficaria intacto... Então (houve) a grande demanda por barras de ouro e moedas de ouro. Eu descreveria como um tipo de seguro", acrescentou.

Para Roberto Grassi, o ouro é a commodity para tempos incertos.

"O ouro é o tipo de investimento que você compra e deixa de lado. Fica lá para um motivo particular: crise, tempos de guerra ou durante aqueles tempos em que é absolutamente valioso, não importa o lugar do mundo", afirmou.

Febre e sangue do ouro

Com o aumento de seu valor e popularidade, surgem questionamentos sobre como o ouro é extraído e as condições de trabalho nas minas.

Desde a introdução do certificado Kimberley para os diamantes, que visa garantir que as pedras sejam compradas apenas de fontes registradas e não envolvidas em conflitos, fala-se em um processo semelhante para o ouro.

Barkhordar está envolvido no desenvolvimento de uma entidade para essa certificação, a London Bullion Market Association's Responsible Gold Guidance (LBMA).

O plano é que as refinarias reconhecidas pela LBMA "combatam abusos sistemáticos ou frequentes dos direitos humanos, para evitar contribuir com conflitos, para obedecer aos padrões altos contra a lavagem de dinheiro e combater a prática de financiamento de terrorismo".

Segundo o diretor-administrativo da Pamp Gold, agora são necessários três meses de checagem antes de uma refinaria começar a receber ouro de uma mina.

Para ativistas que defendem o comércio justo, a certificação é boa, mas não é o bastante. E eles exigem mais transparência.

"As estatísticas de comércio suíças não dizem de onde vem o ouro importado para o país. O que queremos é que as estatísticas incluam a origem e também o destino do ouro que é negociado através da Suíça", afirmou a ativista Eva Schmassmann.

Mágico

No entanto, qualquer mudança na lei suíça parece muito distante. Enquanto isto, o preço do ouro continua alto.

Existem outras commodities seguras como platina ou petróleo. Mas é o ouro que cativa o mundo há milhares de anos.

E nem mesmo Barkhordar consegue explicar esse fato.

"O ouro tem um papel especial, que não sei se alguém consegue explicar. Claro, você não pode comer ouro e ninguém vai morrer se ficar sem ouro. Mas é mágico", disse.

Brasil fará expedições em busca de minérios no fundo do Atlântico

Nódulos polimetálicos fotografados a cerca de 700 km da costa do Rio de Janeiro. [Imagem: Ag.Fapesp]

Em algumas áreas no fundo dos oceanos, em profundidades que podem atingir 5 mil metros, é possível encontrar diversos tipos de depósitos de metais.Minérios no fundo do mar

Os mais comuns são nódulos de manganês, com diâmetro entre 10 e 20 centímetros, distribuídos no assoalho oceânico, sobre o sedimento marinho, compostos por manganês, ferro, cobre, níquel e cobalto.

Já em profundidades um pouco menores, entre 500 e 1.000 metros, também podem ser observadas crostas polimetálicas, com aspecto semelhante ao de asfalto, e depositadas sobre afloramentos rochosos, que são ricas em cobalto e têm menores teores de manganês, cobre e níquel do que os nódulos polimetálicos.

Um consórcio internacional integrado por cientistas de universidades e instituições de pesquisa do Brasil e do Reino Unido pretende desvendar, nos próximos cinco anos, como esses depósitos polimetálicos foram formados no oceano Atlântico e quais condições ambientais favoreceram seu surgimento e crescimento.

"O objetivo do projeto é entender quais as razões ambientais que condicionaram a ocorrência desses depósitos polimetálicos nos montes submarinos e nas planícies abissais [zona plana que ocupa grande extensão do fundo dos oceanos e que ocorre a profundidades de, aproximadamente, 5 mil metros] do oceano Atlântico Sul e Norte", explica Frederico Pereira Brandini, professor do Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo.

As missões de exploração serão feitas com auxílio do navio oceanográfico Alpha Crucis. [Imagem: Stabbert Maritime]

Mineração marinha

Como há interesse econômico pelos minerais encontrados nos depósitos polimetálicos marinhos, que têm diversas aplicações industriais e tecnológicas, os pesquisadores também pretendem avaliar os impactos ambientais da extração dos minérios encontrados nas crostas e nódulos polimetálicos considerando diferentes cenários econômicos, tecnológicos e geopolíticos.

As crostas polimetálicas oceânicas, por exemplo, possuem concentrações de telúrio - um mineral fundamental para o desenvolvimento de células fotovoltaicas - muito maior do que qualquer rocha na crosta continental da Terra.

Os nódulos polimetálicos oceânicos, por sua vez, possuem teores de níquel - mineral usado em baterias de aparelhos celulares, notebooks e tablets - em nível 20 vezes maior do que os das jazidas terrestres. Esses depósitos polimetálicos concentrariam ainda 1 bilhão de toneladas de cobalto.

A ISBA (Autoridade Internacional dos Fundos Marinhos, na sigla em inglês) estima que cerca de 6,35 bilhões de quilômetros quadrados, ou 1,7% do solo do oceano, sejam cobertos por crostas polimetálicas. A entidade já deu autorização ao Brasil para iniciar a prospecção mineral no Atlântico em 150 áreas.

Uma empresa de mineração canadense já está com tudo pronto para começar a mineração no fundo do mar, na costa da Papua Nova Guiné. [Imagem: Nautilus Minerals]

Minissubmarinos

De acordo com o pesquisador Frederico Pereira Brandini, que coordena o projeto do lado brasileiro, o estudo será realizado na Elevação do Rio Grande- uma cadeia de montanhas submersa a cerca de 1,3 mil quilômetros do litoral do Rio Grande do Sul -, e nas planícies abissais ao largo da Ilha da Madeira, no Atlântico Norte. Ambas as regiões são conhecidas por possuírem nódulos e crostas polimetálicas.

Três desses cruzeiros, com duração prevista de até 30 dias cada, serão liderados por pesquisadores brasileiros a bordo do navio oceanográfico Alpha Crucis e realizados na Elevação do Rio Grande e bacias abissais adjacentes, em latitudes semelhantes ao quarto cruzeiro, a ser realizado por cientistas do Reino Unido nas planícies abissais da Ilha da Madeira.

Para estudar os ambientes oceanográficos onde estão localizados os depósitos polimetálicos serão utilizados veículos subaquáticos robóticos usados por universidades, instituições de pesquisa e por empresas petrolíferas e de mineração do Reino Unido.

Os minissubmarinos, capazes de mergulhar a profundidades de até 6,5 mil metros, são equipados com câmeras de vídeo, sensores e instrumentos científicos e possuem "braços" para manipulação, capazes de selecionar e recolher amostras de objetos pequenos e delicados com precisão e realizar experimentos no oceano profundo que seriam impossíveis de serem feitos por mergulhadores humanos devido à pressão da água.

Segundo os pesquisadores, uma das vantagens do uso de veículos subaquáticos robóticos no projeto é que eles possibilitarão visualizar a área intacta onde amostras de depósitos polimetálicos serão recolhidas por meio de imagens transmitidas em tempo real à embarcação através de cabos de fibra óptica.

A corrida pela mineração no fundo do mar tem foco sobretudo nos nódulos polimetálicos. [Imagem: BBC]

Origem dos minérios marinhos

Há diversas hipóteses para explicar a formação dos depósitos polimetálicos, mas existem duas teorias opostas.

A primeira delas defende que a formação de nódulos polimetálicos é mediada por microrganismos que formam, através de processos de biomineralização (em que organismos produzem minerais) micronódulos que aumentam de tamanho com o passar do tempo pela deposição de mineral resultante de processos biogênicos.

A segunda hipótese é que os depósitos polimetálicos podem ter sido criados a partir de elementos encontrados no próprio solo do fundo do mar.

Os pesquisadores do projeto esperam levantar dados suficientes para dar suporte a uma dessas teorias - ou revelar uma nova.