Cabos de alumínio com nanotubos reduzem perdas de eletricidade

Pesquisa testa cabo de alumínio com nanotubos de carbono que aumenta condutividade elétrica, reduzindo perdas de energia em até 65%. Projeto ganhou o primeiro lugar do Prêmio Werner von Siemens.






Estima-se que hoje a perda de energia durante a transmissão nos cabos elétricos de alta tensão seja de cerca de 5,5 kW por quilômetro de linha. Isso sem considerar as perdas nas estações.

Uma pesquisa feita no Centro de Engenharia de Nanoprodutos da Fundação Educacional Inaciana Padre Sabóia de Medeiros (FEI) testou um cabo de alumínio com nanotubos de carbono que aumenta a condutividade elétrica em 170 vezes e reduz as perdas de energia em até 65% em relação aos cabos de alumínio tradicionais.

Alma de alumínio
O fio é composto de uma alma de alumínio com camada superficial de nanotubos de carbono. De acordo com o professor do Departamento de Engenharia de Materiais da FEI, Ricardo Hauch Ribeiro de Castro, orientador da pesquisa, o trabalho se destaca pela técnica de aplicação, de baixo custo e elevado rendimento, que confere à nova tecnologia a possibilidade de implantação industrial.

"Com um custo razoável de aplicação, esse novo conceito de fio poderia ser utilizado em linhas de transmissão, reduzindo as perdas significativamente. Redução de perdas representa queda no custo total de energia", disse Castro à Agência FAPESP.

Prêmio de Inovação Tecnológica
O projeto foi desenvolvido por Eric Costa Diniz, aluno de engenharia elétrica da FEI, e contou com a colaboração dos professores Marcello Bellodi e Alessandro La Neve, ambos do Departamento de Engenharia Elétrica.

A pesquisa conquistou o 1º lugar no Prêmio Werner von Siemens de Inovação Tecnológica em 2008, na categoria Estudante - Novas Ideias, categoria Energia. O projeto foi escolhido entre 253 trabalhos inscritos por estudantes de graduação e pós-graduação do Brasil. Como prêmio, Diniz recebeu R$ 10 mil.

Cabo de energia com nanotecnologia
De acordo com Castro, as perdas naturais na condução de energia ocorrem porque a superfície sofre ligeira oxidação, formando uma camada passiva, o que prejudica a condutividade.

"Recobrindo a superfície do alumínio com nanotubos de carbono, esperava-se uma redução de perda, pois a condutividade elétrica dos nanotubos de carbono é elevada e tem um mecanismo diferente de condução eletrônica", explicou.

Segundo ele, esse novo fio abre perspectivas para a melhora da qualidade de transmissão de energia. "Além de reduzir as perdas, as propriedades mecânicas do cabo não são alteradas significativamente, já que a diferença entre o cabo tradicional de alumínio e o testado neste projeto é apenas uma camada superficial. Isso indica uma possibilidade concreta de substituição dos cabos atuais sem mudanças significativas na infraestrutura básica", disse.

Cabos de aço versus cabos de alumínio
A maior parte das linhas de transmissão do sistema brasileiro utiliza, segundo o professor, cabos de aço do tipo 636. "Os cabos de alumínio são utilizados com menor frequência. Mas eles vêm ganhando mercado nos últimos anos e há projeções de uma mudança total do sistema de linhas de transmissão para as próximas décadas", afirmou.

"Com a nova proposta de cabo de alumínio com nanotubos de carbono, os ganhos na redução de perda são muito mais expressivos. Isso poderia intensificar a migração dos cabos de aço para essa nova geração de cabos de transmissão nanotecnológicos, reduzindo as perdas de energia e economizando muito dinheiro", apontou.

O custo da nanotecnologia
O próximo passo da pesquisa será estender a experiência para cabos de condução maiores - o trabalho foi feito com um protótipo de 10 centímetros de extensão. A maior limitação, segundo Castro, é o custo relativamente alto, uma vez que os nanotubos de carbono utilizados são importados da China ou dos Estados Unidos.

"Infelizmente, não há uma produção muito expressiva de nanotubos de carbono no Brasil, o que aumenta o custo do produto final."

Apesar dessa limitação, o professor da FEI afirma que a técnica de deposição dos nanotubos desenvolvida no projeto é economicamente viável. "Utilizando-se via líquida, foi possível montar um sistema eficaz e capaz de ser introduzido em uma fábrica de trefilação de cabos com investimentos relativamente modestos", disse.

"O ponto a favor é que, como é aplicada apenas uma única camada de nanotubos de carbono no corpo de alumínio, a quantidade utilizada é muito pequena. Estimamos o aumento do custo de fabricação de um fio de alumínio com nanotubos em R$ 3 por metro, em relação ao cabo convencional.

Apesar de parecer muito, se considerarmos o ganho operacional nas reduções de perdas durante a transmissão, o novo cabo poderia ter vantagens econômicas significativas", destacou Castro.
Segundo ele, a pesquisa prosseguirá no melhoramento do protótipo. "O próximo passo é o alinhamento dos nanotubos de carbono em uma única direção para explorar ao máximo sua condutibilidade elétrica", disse.

LEDs ultrafinos abrem novas possibilidades de iluminação e telas dobráveis

A nova tecnologia acena com telas maiores, mais brilhantes e que poderão ser instaladas como painéis em qualquer superfície, serem dobradas e produzirem até mesmo telas semitransparentes para instalação em janelas e vitrines de lojas.







Orgânico vs inorgânico
Os LEDs orgânicos surgiram prometendo superar rapidamente os LEDs tradicionais, principalmente pela possibilidade de sua fabricação rápida em larga escala, onde a deposição dos materiais emissores de luz é feita sobre um material plástico utilizando um processo similar à impressão jato de tinta.

Mas nem bem as telas com LEDs orgânicos (OLEDs) começaram a chegar ao mercado, equipando equipamentos portáteis, e os LEDs inorgânicos tradicionais - aqueles com os quais já estamos acostumados e que equipam virtualmente todos os equipamentos eletrônicos - resolveram dar a volta por cima.

A equipe do professor John Rogers, da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, desenvolveu um processo para criar LEDs inorgânicos minúsculos e ultrafinos e que podem ser fabricados em conjunto em larga escala.

Vantagens dos LEDs e dos OLEDs
"Nosso objetivo é casar algumas das vantagens da tecnologia dos LEDs inorgânicos com a escalabilidade, a facilidade de fabricação e a resolução dos LEDs orgânicos," diz Rogers.
Em relação aos LEDs orgânicos - que levam carbono em sua composição - as vantagens dos LEDs tradicionais - feitos com semicondutores inorgânicos, sem carbono em sua composição - é a maior vida útil, maior robustez e confiabilidade e, principalmente, um brilho superior.

Mas os LEDs orgânicos têm suas vantagens, entre elas a fabricação em substratos flexíveis e em conjuntos densos e interconectados, o que torna possível sua instalação em superfícies irregulares, na forma de tetos ou paredes totalmente iluminadas e até mesmo em janelas semitransparentes.

LEDs ultrafinos
A nova tecnologia utiliza um processo chamado crescimento epitaxial, gerando LEDs com dimensões até 100 vezes menores do que era possível até agora. Os pesquisadores também desenvolveram um processo de montagem para dispor os novos LEDs na forma de grandes conjuntos interconectados sobre substratos flexíveis e dobráveis.

"O processo de estampagem é uma alternativa muito mais rápida do que o processo robótico padrão de 'pegar e colocar' usado na manipulação dos LEDs inorgânicos, que são essencialmente construídos um a um," explica Rogers. "O novo processo pode retirar grandes quantidades de LED minúsculos e finos da pastilha de silício de uma só vez, e então imprimi-los sobre um substrato plástico."

Como, no segundo passo do processo, os LEDs podem ser colocados distanciados uns dos outros, os painéis e telas podem ser quase transparentes. As pequenas dimensões dos LEDs permitem o uso de conexões impressas para interligá-los e alimentá-los, em vez dos fios, que são mais grossos e não se adaptam à flexibilidade necessária.

Novas aplicações dos LEDs
Além da iluminação de estado sólido, substituindo as atuais lâmpadas, painéis de instrumentos e telas e monitores, as folhas flexíveis e dobráveis de LEDs impressos têm uso potencial no setor de saúde.

"Enrolar uma folha de minúsculos LEDs ao redor de um membro ou de todo o corpo humano oferece possibilidades interessantes em biomedicina e biotecnologia," diz Rogers, "incluindo aplicações no monitoramento das funções vitais, diagnóstico e imageamento.

Com a chegada ao mercado das primeiras TVs de LEDs, ultrafinas, a nova tecnologia acena também com telas ainda maiores, mais brilhantes e que poderão ser instaladas como painéis em qualquer superfície, serem dobradas e produzirem até mesmo telas semitransparentes para instalação em janelas e vitrines de lojas.

Hidroelétrica marinha: ondas de energia verde

Começou a ser instalado nas costas das Ilhas Orkney, na Escócia, o primeiro protótipo em escala piloto de um novo conceito de geração de eletricidade limpa a partir das ondas do mar.

Energia das ondas
Existem várias tecnologias sendo desenvolvidas para gerar energia a partir do movimento das ondas e das marés. Mas a gigantesca máquina Oyster (ostra) utiliza em mecanismo hidráulico para transferir a energia mecânica das ondas para uma instalação em terra, onde essa energia mecânica da água é usada para gerar eletricidade.

O conceito do gerador Oyster foi desenvolvido pelo professor Trevor Whittaker, da Universidade de Belfast. O primeiro oscilador, de 18 metros de largura, está sendo instalado no projeto-piloto criado com o apoio da empresa Aquamarine Power.

O oscilador possui pistões em sua parte inferior que são acionados num e noutro sentido conforme as ondas vêm e vão. Esses pistões comprimem a água em seu interior que, sob pressão, passam por dutos subterrâneos, chegando até a usina em terra. Na usina, a água sob pressão é utilizada para movimentar os geradores hidroelétricos.

Projeto simples
Embora possa parecer complicado para quem está acostumado com represas, onde a água cai por gravidade diretamente sobre as pás dos geradores, o mecanismo do gerador hidroelétrico Oyster é mais simples e mais barato do que outros projetos para gerar energia a partir das ondas ou das marés.

A principal vantagem do sistema é o pequeno número de partes móveis, que deverão minimizar a necessidade de manutenção. Apenas o oscilador metálico e os pistões ficam sob a água. Pás, engrenagens e geradores, além de todo o circuito de potência para captura da eletricidade, ficam em terra, dentro da usina.

Segundo seu idealizador, o sistema é ideal para áreas com profundidades entre 12 e 16 metros e com grande fluxo direcional de ondas, permitindo que a usina gere energia de forma contínua na maior parte do tempo.

Potencial mundial
Os riscos ao meio ambiente são mínimos, o que é garantido pelo uso da água como fluido hidráulico, em vez de óleo, que poderia causar danos caso houvesse vazamentos. O sistema também é absolutamente silencioso e não afeta a paisagem.

Embora o conceito esteja em estágio inicial de desenvolvimento, os cientistas afirmam ter localizado áreas potencialmente favoráveis ao conceito Oyster em várias partes do mundo.
"Nossas modelagens por computador das regiões costeiras adequadas para esta tecnologia mostram que a Espanha, Portugal, Irlanda e Inglaterra são os candidatos naturais na Europa.

Mas globalmente há um potencial gigantesco em áreas como a costa oeste dos Estados Unidos e as costas da África do Sul, da Austrália e do Chile," disse o professor Whittaker.

USP desenvolve técnica ultrarrápida para produzir biodiesel

Biodiesel em 30 minutos
Pesquisadores da USP desenvolveram uma técnica para transformar em biodiesel óleos vegetais já danificados pelo processo de fritura e a borra de soja, um resíduo da indústria de óleo alimentício.

A técnica reduz o tempo da reação química de 24 horas para 30 minutos e barateia o processo. O segredo foi usar um catalisador diferente na reação, feito com os metais cobre e vanádio.

Como é produzido o biodiesel
Para produzir biodiesel é necessário que haja a reação do óleo vegetal puro com álcool. "Mas a reação só acontece se houver um catalisador no recipiente. Essa substância é o cupido que junta o óleo com álcool e transforma-o em biodiesel e glicerina", compara Miguel Dabdoub, químico e professor da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) em cujo laboratório a técnica foi desenvolvida.

"Depois da reação, é possível recuperar o catalisador"
Contudo, o catalisador utilizado comumente no Brasil é a soda cáustica, que não funciona muito bem para transformar óleos de fritura, óleos não-refinados em biodiesel. Esses tipos de óleo contém diferentes percentuais de ácidos graxos, que reagem com a soda e viram sabão. A outra porcentagem vira biodiesel. A borra de soja é o ácido graxo extraído de óleos vegetais e por isso também não pode ser transformada em biodiesel. A reação comum demora um dia inteiro para acontecer.

"Sabão não se utiliza em ônibus e caminhões", destaca Dabdoub. "Imagine uma fábrica média, que produza cerca de 100 milhões de litros de biodiesel por ano, com óleo residual de cozinha com 7% de ácidos graxos. Há uma perda de cerca de 7 milhões de litros, que viram sabão.

Como o governo paga cerca de R$ 2,30 por litro de biodiesel atualmente, essa empresa teria R$ 16 milhões jogados fora todo ano. Esse dinheiro é suficiente para pagar a mudança de tecnologia".

Catalisador de vanádio e cobre
Os pesquisadores do Laboratório de Tecnologias Limpas (LADETEL), chefiados por Dabdoub, passaram dois anos tentando descobrir uma maneira de tornar esse processo mais barato, eficiente e rápido. Eles fizeram dezenas de reações no laboratório para descobrir os catalisadores, pressão, temperatura, proporções dos reagentes e concentração de álcool ideais para que a reação acontecesse.

A conclusão da pesquisa foi que a melhor maneira de produzir biodiesel a partir de óleo jogado fora é com um catalisador feito com os metais vanádio e cobre. "Ele não se dissolve no óleo e por isso pode ser recuperado facilmente no final da reação", explica Márcia Rampim, uma das pesquisadoras envolvidas no projeto . A nova reação também é muito eficiente. "Com 1 litro de óleo de cozinha, produzimos 1 litro de biodiesel e 100 ml de glicerina".

Biodiesel mais barato e menos danos ao meio ambiente
"No Brasil consome-se cerca de 19 litros per capita de óleo por ano, segundo a Associação Brasileira das Indústrias de Óleo Vegetal (ABIOVE)", calcula Dabdoub."Se considerarmos que 12 litros desse óleo não sejam absorvidos pelos alimentos, que é uma estimativa muito conservadora, são cerca de 7 litros de óleo por pessoa sendo jogados pela pia, indo pelo esgoto, impermeabilizando leitos de rios e contaminando lençóis freáticos e fontes de água, todo ano.

Esse óleo e os resíduos da indústria de soja poderiam ser coletados e transformados em biodiesel. Muitas indústrias de alto porte poderiam ser movimentadas no Brasil somente com base no óleo residual. Diminuiríamos o uso de combustíveis derivados de petróleo e carvão mineral, que causam o efeito estufa".

Também ficaria mais barato produzir biodiesel, por que as industrias economizariam na matéria-prima. "Em vez de pagar cerca de R$ 2.080 por tonelada de óleo vegetal refinado, que é o preço dado pelas comercializadoras, poderei pagar cerca de R$ 550,00 por tonelada de óleo residual, que é o custo da coleta", garante o professor. "E as indústrias ainda poderiam economizar com os custos de remoção da borra de soja. Em 2007, segundo a ABIOVE, a indústria produziu 300 milhões de litros de borra de soja. Uma parte mínima é aproveitada."

COLED: LED orgânico com cavidade óptica bate todos os recordes

LED orgânico com cavidade
Primeiro foram os diodos emissores de luz, ou LEDs (Light-Emitting Diode). Depois surgiram os ainda mais promissores LEDs orgânicos, ou OLEDs, que têm tudo para superar os LEDs inorgânicos tradicionais, e custando muito menos.

Agora entra um novo personagem na busca por formas mais eficientes de iluminação. São os COLEDs (Cavity Organic Light-Emitting Diode), projetados pela equipe do Dr. Yijian Shi, do Instituto SRI, uma entidade de pesquisas sem fins lucrativos, localizada nos Estados Unidos.
Esses novos LEDs orgânicos utilizam cavidades ópticas, espelhos paralelos e contrapostos que evitam a fuga de fótons para outros pontos que não a direção de saída do dispositivo, por onde sua luz é emitida.

Cavidades ópticas
Segundo os pesquisadores, as cavidades ópticas, usadas em conjunto com os LEDs orgânicos, feitos de polímeros, resultaram em uma emissão de luz cinco vezes maior do que os melhores OLEDs demonstrados até agora.

Embora ainda estejam no estágio inicial de desenvolvimento, os cálculos dos pesquisadores dão conta de que os COLEDs poderão ser duas vezes mais eficientes do que as atuais lâmpadas fluorescentes compactas, ou PL. Mesmo superando largamente as lâmpadas incandescentes, as lâmpadas PL têm encontrado restrições devido ao vapor de mercúrio contido em seu interior

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Lúmens por watt
O novo COLED alcançou uma emissão de 30 lúmens por watt de energia consumida ao emitir luz azul, mais do que qualquer outro OLED já construído até hoje.

Para a luz verde, os pesquisadores alcançaram 80 lúmens por watt, cerca de três vezes mais do que um OLED tradicional.

Para produzir a luz branca necessária para a iluminação tradicional, é necessário mesclar as estruturas emissoras nas cores vermelha, verde e azul. Como o azul é o mais problemático de todos, os pesquisadores acreditam que estão no caminho certo com o seu COLED azul de 30 lúmens.

O próximo passo é justamente juntar as três fontes de luz para gerar um COLED capaz de emitir luz branca. Os pesquisadores afirmaram que esperam ter o produto pronto para uso até o ano que vem.

Petróleo e gás natural podem não ser fósseis

Teorias famosas
O Universo originou-se de uma descomunal explosão, conhecida como Big Bang. O petróleo e o gás natural são combustíveis fósseis. Estas são provavelmente as duas teorias científicas mais disseminadas, de maior conhecimento do público e algumas das que alcançaram maior sucesso em toda a história da ciência.

Elas são tão populares que é fácil esquecer que são exatamente isto - teorias científicas, e não descrições de fatos testemunhados pela história. Mesmo porque as duas oferecem explicações para eventos que se sucederam muito antes do surgimento do homem na Terra.

Teoria dos combustíveis fósseis
Segundo a teoria dos combustíveis fósseis, que é a mais aceita atualmente sobre a origem do petróleo e do gás natural, organismos vivos morreram, foram enterrados, comprimidos e aquecidos sob pesadas camadas de sedimentos na crosta terrestre, onde sofreram transformações químicas até originar o petróleo e o gás natural.

É com base nesta teoria que chamamos as principais fontes de energia do mundo moderno de "combustíveis fósseis" - porque seriam resultado de restos modificados de seres vivos.

Teoria do petróleo abiótico
Muito menos disseminado é o fato de que esta não é a única teoria para explicar o surgimento do petróleo. Na verdade, esta teoria hegemônica vem sendo cada vez mais questionada por um grande número de cientistas, que defendem que o petróleo tem uma origem abiótica, ou abiogênica - sem relação com formas de vida.

Os defensores da teoria abiótica do petróleo têm inúmeros argumentos. Por exemplo, a inexistência de fenômenos geológicos que possam explicar o soterramento de grandes massas vivas, como florestas, que deveriam ser cobertas antes que tivessem tempo de se decompor totalmente ao ar livre, juntamente com a inconsistência das hipóteses de uma deposição do carbono livre na atmosfera no período jovem da Terra, quando suas temperaturas seriam muito altas.

A deposição lenta, como registrada por todos os fósseis, não parece se aplicar, uma vez que as camadas geológicas apresentam variações muito claras, o que permite sua datação com bastante precisão. Já os depósitos petrolíferos praticamente não apresentam alterações químicas variáveis com a profundidade, tendo virtualmente a mesma assinatura biológica em toda a sua extensão.

Além disso, os organismos vivos têm mais de 90% de água e mesmo que a totalidade de sua massa sólida fosse convertida em petróleo não haveria como explicar a quantidade de petróleo que já foi extraída até hoje.

Outros fenômenos geológicos, para explicar uma eventual deposição quase "instantânea," deveriam ocorrer de forma disseminada - para explicar a grande distribuição das reservas petrolíferas ao longo do planeta - e em grande intensidade - suficiente para explicar os gigantescos volumes de petróleo já localizados e extraídos.

Carbono do interior da Terra
Por essas e por outras razões, vários pesquisadores afirmam que nem petróleo, nem gás natural e nem mesmo o carvão, são combustíveis fósseis. Para isso, afirmam eles, o ciclo do carbono na Terra deveria ser um ciclo fechado, restrito à crosta superficial do planeta, sem nenhuma troca com o interior da Terra. E não há razões para se acreditar em tal hipótese.

Na verdade, aí está, segundo a teoria dos combustíveis abióticos, a origem do petróleo, do gás natural e do carvão: eles se originam do carbono que é "bombeado" continuamente pelas altíssimas pressões do interior da Terra em direção à superfície.

É possível sintetizar hidrocarbonetos a partir de matéria orgânica, e estes experimentos foram, por muitos anos, o principal sustentáculo da teoria dos combustíveis fósseis.

Mas agora, pela primeira vez, um grupo de cientistas conseguiu demonstrar experimentalmente a síntese do etano e de outros hidrocarbonetos pesados em condições não-biológicas. O experimento reproduz as condições de pressão e temperatura existentes no manto superior, a camada da Terra abaixo da crosta.

Metano e etano abióticos
A pesquisa foi feita por cientistas do Laboratório de Geofísica da Instituição Carnegie, nos Estados Unidos, em conjunto com colegas da Suécia e da Rússia, onde a teoria do petróleo abiótico surgiu e tem muito mais aceitação acadêmica do que em outras partes do mundo.

O metano (CH4) é o principal constituinte do gás natural, enquanto o etano (C2H6) é usado como matéria-prima petroquímica. Esses dois hidrocarbonetos, juntamente com outros associados aos combustíveis de origem geológica, são chamados de hidrocarbonetos saturados porque eles têm ligações únicas e simples, saturadas com hidrogênio.

Utilizando uma célula de pressão, conhecida como bigorna de diamante, e uma fonte de calor a laser, os cientistas começaram o experimento submetendo o metano a pressões mais de 20 mil vezes maiores do que a pressão atmosférica ao nível do mar, e a temperaturas variando de 700° C a mais de 1.200° C. Estas condições de temperatura e pressão reproduzem as condições ambientais encontradas no manto superior da Terra, entre 65 e 150 quilômetros de profundidade.

No interior da célula de pressão, o metano reagiu e formou etano, propano, butano, hidrogênio molecular e grafite. Os cientistas então submeteram o etano às mesmas condições e o resultado foi a formação de metano. Ou seja, as reações são reversíveis.
Essas reações fornecem evidências de que os hidrocarbonetos pesados podem existir nas camadas mais profundas da Terra, muito abaixo dos limites onde seria razoável supor a existência de matéria orgânica soterrada.

Reações reversíveis
Outro resultado importante da pesquisa é que a reversibilidade das reações implica que a síntese de hidrocarbonetos saturados é termodinamicamente controlada e não exige a presença de matéria orgânica.

"Nós ficamos intrigados por experiências anteriores e previsões teóricas," afirma Alexander Goncharov, um dos autores da pesquisa. "Experimentos feitos há alguns anos submeteram o metano a altas pressões e temperaturas, demonstrando que hidrocarbonetos mais pesados se formam a partir do metano sob condições de temperatura e pressão muito similares. Entretanto, as moléculas não puderam ser identificadas e era provável que houvesse uma distribuição."

"Nós superamos esse problema com nossa técnica aprimorada de aquecimento a laser, que nos permitiu aquecer um volume maior de maneira mais uniforme. Com isso, descobrimos que o metano pode ser produzido a partir do etano", declarou Goncharov.

Hidrocarbonetos gerados no interior da Terra
"A ideia de que os hidrocarbonetos gerados no manto migram para a crosta terrestre e contribuem para a formação dos reservatórios de óleo e gás foi levantada na Rússia e na Ucrânia muito anos atrás. A síntese e a estabilidade dos compostos estudados aqui, assim como a presença dos hidrocarbonetos pesados ao longo de todas as condições no interior do manto da Terra agora precisarão ser exploradas," explica outro autor da pesquisa, professor Anton Kolesnikov.

"Além disso, a extensão na qual esse carbono 'reduzido' sobrevive à migração até a crosta, sem se oxidar em CO2, precisa ser descoberta. Essas e outras questões relacionadas demonstram a necessidade de um programa de novos estudos teóricos e experimentais para estudar o destino do carbono nas profundezas da Terra," conclui o pesquisador.

Físicos criam dispositivo capaz de armazenar a luz

Pesquisadores da Universidade de Mainz, na Alemanha, realizaram um sonho longamente perseguido por físicos de todo o mundo: eles construíram uma armadilha de luz, um dispositivo que permite que a luz seja armazenada por longos períodos de tempo.

O dispositivo é inacreditavelmente simples e feito a partir de uma única fibra óptica, o que abre caminho para seu uso em um sem-número de aplicações, de dispositivos quânticos inovadores até as telecomunicações e os equipamentos eletrônicos portáteis.

Interface quântica entre luz e matéria
"Nós queremos usar esse microrressonador multifuncional para acoplar minúsculos campos de luz, consistindo de fótons individuais, com átomos individuais," explica o professor Arno Rauschenbeutel, coordenador da pesquisa.

Se o professor Arno e sua equipe puderem dar esse passo adicional, eles estarão criando um interface quântica entre a luz e matéria, um passo essencial para a viabilização da comunicação e da criptografia quânticas, além da realização do tão sonhado computador quântico.

Como armazenar a luz
Einstein demonstrou que a luz pode ser vista como uma partícula, formada por unidades discretas, chamadas fótons. Mas será que isso implica que ela poderia ser armazenada, na forma de "bolinhas de luz"?

Certamente que não. Simplesmente porque, no mundo quântico, onde se pode tratar a luz como uma partícula, as coisas se comportam de forma bem mais complicada, e partículas nem sempre são partículas, elas se transformam em ondas e ondas se comportam como partículas, enfim, nada é como no mundo macroscópico e a palavra estabilidade assume outros significados quando se trata de fenômenos quânticos.

Assim, se você estiver mesmo interessado em fabricar um "pote" para armazenar a luz, terá que lidar com ela da forma como a percebemos, como uma onda.

Esfera espelhada
Uma primeira solução poderia ser construir uma esfera totalmente espelhada, com um único furo microscópico por onde a luz pudesse ser injetada em seu interior. Se o espelho for perfeito, a luz que entrar pelo furo ficará refletindo de um lado para o outro indefinidamente. A única perda seria dos fótons que batessem exatamente na porta de entrada.

Mas não existem espelhos perfeitos. Os melhores deles, os mais perfeitos espelhos que se consegue fabricar hoje, perdem vários por cento da luz a cada reflexão. Como a luz é muito rápida - em apenas um segundo, ela dá sete voltas ao redor da Terra - ela vai refletir tantas vezes que será absorvida pelo espelho, gerando calor, antes mesmo que consigamos medir o quanto ainda resta dela lá dentro.

Microrressonadores
As coisas começam a melhorar um pouco quando tentamos construir nosso dispositivo armazenador de luz em escala microscópica. Quando construímos paredes reflexivas e conseguimos inserir a luz de forma controlada no interior do nosso dispositivo, temos o que se chama um microrressonador.

Só para antecipar um pouco as coisas, aqui saímos do nível teórico. Já existem microrressonadores de uso prático, sendo usados, por exemplo, nos diodos laser, que revolucionaram as telecomunicações e o armazenamento óptico de informações - lembre-se dos CDs e dos DVDs - ao longo dos últimos anos.

De volta aos espelhos
Mas então, pode-se perguntar, em nível microscópico, os espelhos são melhores? Não, mas a questão é que os microrressonadores não têm a intenção de armazenar a luz por longos períodos, como a nossa proposta original ao construir um pote de luz. Para eles, basta que a luz fique confinada por alguns milionésimos de segundo.

Lembre-se da velocidade da luz. Como ela é muito rápida, o número de reflexões por segundo no interior dos microrressonadores atinge alguns trilhões por segundo. Para guardarmos a luz por alguns milionésimos de segundo, cada 1 milhão de reflexões que ocorrer nesse período não poderá perder mais do que 1 milionésimo da energia da luz.

Isso não seria uma solução para o nosso pote de luz macroscópico, porque, como dissemos, os melhores espelhos perdem vários por cento da luz por reflexão. Fazendo os cálculos, vemos que um pote de luz macroscópico precisaria de espelhos 10 mil vezes mais eficientes do que os atuais para armazenar a luz por apenas um milionésimo de segundo.

Interação entre luz e matéria
Se já não tivéssemos dificuldades suficientes rumo ao nosso pote de luz, em escala quântica surge um outro problema. Durante o armazenamento, e em qualquer aplicação prática que se possa pensar, a nossa luz armazenada estará sempre entrando em contato com átomos.
Isto exige que a frequência da luz seja ajustada com extrema precisão para interagir com os átomos, o que significa que, além de construir um espelho perfeito, teremos que fazê-lo absolutamente puro, com um único elemento químico. E ainda assim poderemos armazenar luz de uma única frequência, ou seja, de uma única cor - a frequência da luz é o que surge para nossos olhos como cor.

Esse fenômeno pode ser melhor entendido comparando o efeito com a corda de um instrumento musical: a corda somente pode vibrar em frequências fixas determinadas pelo seu comprimento. De forma similar dá-se a interação entre cada tipo de átomo e cada frequência da luz.
Ficamos então com dois problemas: precisamos de um espelho bom o bastante e precisamos ajustar a frequência da luz armazenada em nosso pote com os átomos de que o pote será feito.

Dispositivo para armazenar luz
Esta era a situação com a qual os cientistas se defrontavam até agora.
Até que a equipe do professor Arno encontrasse, de uma só vez, a solução para os dois problemas. Eles construíram um microrressonador que combina todas propriedades que se possa querer em um pote de luz, isto é, um longo tempo de armazenamento e a possibilidade de ajuste para armazenar qualquer cor de luz; e com uma vantagem adicional: tudo contido em um dispositivo único e muito pequeno.

Então, aqui vai a receita dos cientistas alemães para construir um pote capaz de armazenar luz: pegue uma fibra óptica, aqueça-a até que ela possa ser esticada e então vá puxando as suas extremidades até que ela atinja um diâmetro de cerca de metade do diâmetro de um fio de cabelo humano. Pegue um laser e molde o centro da fibra afinada, construindo nela uma saliência, um bojo, parecido com uma bola de futebol americano.

E pronto. A luz que entrar em nosso pote de luz ficará refletindo continuamente na superfície da fibra óptica, viajando em uma rota espiral ao redor do eixo da fibra. Com isto, a luz não poderá escapar pelas extremidades da fibra, onde começa e onde acaba o nosso pote, porque o diâmetro da fibra reduz-se abaixo do seu comprimento de onda.

Garrafa ressonadora
Os pesquisadores não batizaram a sua armadilha de luz de "pote de luz". Eles a chamaram de garrafa ressonante, ou garrafa ressonadora, pela similaridade do dispositivo com a chamada garrafa magnética, na qual uma partícula se move entre os extremos de um campo magnético que é fraco no meio da garrafa e forte em suas extremidades, ficando aprisionada lá dentro.

O ajuste da garrafa ressonadora para que ela possa armazenar diferentes comprimentos de onda da luz é uma questão de puxar (ou, teoricamente, empurrar) as duas extremidades da fibra. A tensão mecânica altera o índice refrativo do cristal da fibra óptica, espichando ou encurtando o caminho da luz, o que determina qual comprimento de onda ficará preso lá dentro.

Etanol global: Brasil será referência em estudo para uso mundial do etanol

Uso mundial do etanol

As questões relacionadas à produção sustentável de energias alternativas a partir da biomassa vegetal ganharam um forte aliado com o lançamento do projeto Global Sustainable Bioenergy: Feasibility and Implementation Paths.

A iniciativa irá reunir uma equipe internacional de cientistas para o estudo das possibilidades de uso dos biocombustíveis em nível mundial e em larga escala, partindo, em parte, da experiência brasileira de produção de etanol a partir da cana-de-açúcar.

Pelo lado brasileiro participam do comitê organizador das reuniões do projeto Carlos Henrique de Brito Cruz, diretor científico da FAPESP, e José Goldemberg, pesquisador do Centro Nacional de Referência em Biomassa, vinculado ao Instituto de Eletrotécnica e Energia (IEE) da Universidade de São Paulo (USP).

Substituição do petróleo por biocombustíveis

"Esse debate mundial será muito importante para o Brasil porque o caso brasileiro de substituição bem-sucedida de petróleo por biocombustíveis ainda tem uma dúvida legítima sobre em que escala a nossa experiência poderia ser replicada em outros países", disse Brito Cruz à Agência FAPESP.

"A adoção em larga escala de biocombustíveis no mundo dependerá de muitos países se convencerem de que eles também são capazes de produzir uma quantia relevante do combustível que desejarem usar. E isso, por outro lado, não significa que não haverá possibilidades para o Brasil exportar biocombustível e as tecnologias para sua produção", afirmou.

Biocombustíveis, alimentos e preservação

O projeto será desenvolvido em três etapas. A primeira será composta de reuniões realizadas em cinco regiões do mundo, com início em novembro, na Malásia, seguidas de encontros, no primeiro semestre de 2010, na Holanda, África do Sul, Brasil e nos Estados Unidos.

Na segunda etapa os pesquisadores irão responder à seguinte questão: será fisicamente possível atender a demanda mundial por mobilidade e geração de eletricidade a partir de fontes vegetais enquanto a sociedade global também tem necessidades como a alimentação humana, a preservação da natureza e a manutenção da qualidade ambiental?

A terceira etapa do projeto irá analisar a implementação de questões técnicas, sociais, econômicas, políticas e éticas com o objetivo de desenvolver estratégias para uma transição para uma sociedade sustentável responsável.

A iniciativa é liderada por uma comissão de três pesquisadores: Nathanael Greene, do Natural Resources Defense Council, Tom Richard, da Universidade Estadual da Pensilvânia, e Lee Lynd, da Thayer School of Engineering, Dartmouth College e Mascoma Corporation. As reuniões serão supervisionadas ainda por uma comissão organizadora com ampla representação de acadêmicos, advogados ambientais e instituições de pesquisa de todo o mundo.

Liderança mundial do Brasil nos biocombustíveis

O Brasil é o maior produtor de etanol de cana-de-açúcar do mundo e ocupa posição de liderança na tecnologia de sua produção. Essa liderança e competitividade devem-se ao longo trabalho de muitos anos feito por pesquisadores em instituições de ensino e pesquisa e em empresas privadas, que resultou em valiosa bagagem de conhecimento e de tecnologia sobre a cana, seus derivados e sobre o processo de fabricação do etanol.

"Não se pode plantar cana em todo lugar do mundo, então, além de contribuir para a formação de um consenso sobre o assunto, partindo da experiência brasileira o estudo poderá gerar conhecimentos novos para a produção de biocombustíveis com base em tecnologias que usem outros insumos que não necessariamente venham da agricultura, como a celulose, que pode ser convertida em etanol e que pode vir do lixo e de resíduos florestais, por exemplo", explicou Brito Cruz.

Segundo ele, o projeto também deverá levar em conta as restrições de cada país, entre elas a competição entre a produção de biocombustíveis e de alimentos e os impactos das mudanças de uso da terra causados pelas emissões de gases poluentes na atmosfera.

"Por mais que no Brasil as plantações de cana não afetem a produção de alimentos, sabemos que nos Estados Unidos o etanol de milho afeta. Essa é uma discussão que não pode ser simplificada", disse.

"E se no Brasil a cana for plantada em regiões que tinham floresta, por exemplo, isso é ruim do ponto de vista das emissões. Mas se a cultura for plantada em áreas de pasto degradado isso é bom porque fixa mais carbono na terra", explicou o diretor científico da FAPESP.

Autossuficiente em energia

Em resposta à rápida elevação dos preços do petróleo em meados dos anos 1970, o Brasil lançou uma iniciativa global que visava à diminuição da dependência da energia importada. Quase quatro décadas depois o país, cuja economia é hoje a 9ª maior do mundo, é praticamente autossuficiente no setor energético.

Parte essencial da estratégia brasileira na área é a utilização de etanol a partir da cana-de-açúcar no setor de transportes em substituição às importações de petróleo. Calcula-se que, desde 1975, a produção de etanol no Brasil tenha aumentado cerca de 50 vezes.

O etanol proveniente da cana supre hoje metade da frota de carros leves no Brasil e 95% dos automóveis vendidos anualmente podem rodar tanto em etanol como gasolina, sendo que o país adiciona ainda 25% de etanol à gasolina. O etanol de cana-de-açúcar ajuda ainda o país a ter quase metade da sua energia proveniente de fontes renováveis.

"É impossível não reconhecer a experiência brasileira nessa área, mas, por outro lado, existe certo grau de desconhecimento dos detalhes dos esforços feitos pelo Brasil, que deverão ser conhecidos e ajudar todos os países participantes do projeto", destacou Brito Cruz.

Pesquisador da USP cria célula solar com 80% de eficiência

No Instituto de Química (IQ) da USP, o pesquisador Sérgio Hiroshi Toma construiu aglomerados de moléculas, átomo por átomo, demonstrando uma das principais técnicas da nanotecnologia, que é a chamada fabricação "de baixo para cima", em que as estruturas são fabricadas usando átomos ou moléculas individuais.

Esses aglomerados, que utilizam o metal rutênio, são chamados de clusters, ou aglomerados, e dão origem a materiais que utilizam a luz para gerar eletricidade com alta eficiência, podendo ainda mudar a cor dos vidros que envolvem.

Construindo moléculas úteis

Hiroshi Toma é pesquisador do Laboratório de Química Supramolecular do IQ. Segundo o professor Henrique Eisi, orientador da pesquisa e coordenador do laboratório, a nanotecnologia molecular constrói, átomo por átomo, materiais que tenham alguma função útil.

"Para cada aplicação, construímos as moléculas ideais", explica. "Desenvolvemos uma molécula por vez. Depois, as conectamos e construímos uma 'máquina molecular', que desempenha o papel desejado," diz o pesquisador.

Célula fotoeletroquímica

Em sua pesquisa, Hiroshi desenvolveu uma célula fotoeletroquímica - um dispositivo que converte luz em eletricidade - com os aglomerados de rutênio. O diferencial em relação às outras células solares é a sua eficiência de 80%: a cada 100 mil fótons (partículas de luz) que incidem sobre a placa, 80 mil elétrons são liberados.

Para construir a célula, o pesquisador forrou placas de vidro condutor de eletricidade com um filme microscópico de dióxido de titânio e borrifou nele as moléculas criadas no laboratório. Todas as vezes que a luz bate nas moléculas, elas liberam elétrons. A corrente elétrica formada serve para manter funcionando pequenos aparelhos eletrônicos domésticos.

"Essa tecnologia é cara, mas não precisa de muita luz para gerar eletricidade", explica o professor. "Por isso acredito que fará sucesso para mover pequenos aparelhos, como calculadoras, dispensando as pilhas".

Insulfilme colorido

O pesquisador também desenvolveu um filme para envolver vidros - semelhante ao tradicional insulfilme - que pode mudar de cor reversivelmente ao receber eletricidade. Para que o vidro mude de cor, basta submetê-lo a diferentes tensões. A estrutura projetada no laboratório do IQ mistura cristais de dióxido de titânio com moléculas de rutênio.

Uma das possíveis aplicações dos filmes, chamado filmes eletrocrômicos, é impedir o calor de escapar dos ambientes por irradiação, funcionando como a parede espelhada de uma garrafa térmica. Outras aplicações são em outdoors e painéis de decoração. Os pesquisadores desenvolveram uma "biblioteca de moléculas", que permite criar vidros que abrangem diversos intervalos de cores.

Moléculas inorgânicas

"Os melhores dispositivos já desenvolvidos são baseados em moléculas orgânicas, que desgastam rápido", destaca Eisi. "Eles são caros. Assim, há grande interesse comercial na tecnologia que desenvolvemos. Melhorando o sistema será possível fazer uma tela, como as de LCD". A invenção não foi patenteada pelo grupo de pesquisadores a tempo e é de domínio público.
As invenções do pesquisador renderam-lhe o prêmio de melhor tese na área de química, concedido pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). A CAPES é um órgão do Ministério da Educação que avalia e incentiva mestrados e doutorados.

Nanopilares de um único cristal semicondutor criam célula solar 3-D

Pesquisadores norte-americanos demonstraram que é possível fabricar um novo tipo de célula solar utilizando materiais nanoestruturados flexíveis e de baixo custo.

A nova técnica consiste em cultivar cristais semicondutores para formar minúsculos pilares, criando uma estrutura uniforme onde cada pilar é formado por um único cristal semicondutor.

Nanofloresta

Uma célula solar fotovoltaica tradicional tem uma estrutura planar, bidimensional. Sem grande surpresa, as simulações em computador demonstram que a estrutura tridimensional da floresta de nanopilares é muito mais sensível à luz, graças à maior superfície de material semicondutor.
Apesar das previsões, as tentativas de fabricar esses semicondutores em forma de pilar vinham sendo frustrantes até agora - as células solares tridimensionais apresentavam uma eficiência na conversão luz-eletricidade entre 1 e 2%.

Esses resultados são devidos principalmente à forma como os nanopilares eram fabricados, por meio de um processo chamado crescimento epitaxial. A técnica resulta em pilares com dimensões irregulares e aleatórias, baixa densidade de pilares sobre o substrato e falta de alinhamento das "árvores na floresta." Além de ineficiente, o material sai caro demais.

Semicondutor de cristal único

"Semicondutores de cristal único são muito promissores, mas as formas tradicionais de fabricá-los não são economicamente viáveis," explica o Dr. Ali Javey, da Universidade da Califórnia, em Berkeley.

Javey e seu grupo agora criou uma nova técnica para a fabricação desses semicondutores de cristal único formando estruturas densas, bem alinhadas e com dimensões controladas.
Os pilares são feitos de cádmio, um material rico em elétrons, crescidos sobre uma folha de sulfeto de alumínio. Uma série de poros perfurados previamente na folha de alumínio garantem a distribuição perfeita dos nanopilares.

Depois de crescer a estrutura inicial, o material é submerso em telureto de cádmio, um material rico em lacunas, ou ausências de elétrons. O telureto de cádmio funciona como uma janela para coletar a luz.

Os dois materiais se unem para formar uma célula solar, na qual os elétrons dos pilares de cádmio, atingidos pelos fótons da luz solar, migram para a região cheia de lacunas do telureto de cádmio. Daí os elétrons são captados por eletrodos de uma liga de cobre e ouro e enviados para o lado de fora da célula solar.

Células solares de baixo custo

A eficiência do primeiro protótipo alcançou 6%, o que ainda está bem abaixo da faixa de 10 a 18% de eficiência das células solares disponíveis comercialmente. Contudo, os eletrodos de cobre-ouro usados no protótipo não são transparentes, atrapalhando a entrada de luz. Isso, em conjunto com futuros aprimoramentos da qualidade da floresta de nanopilares, torna o novo projeto muito promissor.

"Há inúmeras formas de melhorar os nanopilares fotovoltaicos tridimensionais para um desempenho mais elevado, além de formas de simplificar também o processo de fabricação, mas a técnica já se mostrou imensamente promissora para baixar o custo das células solares," diz Javey.

Um dos elementos para tamanho entusiasmo do pesquisador é que eles foram capazes de fabricar uma versão totalmente flexível da nova célula solar 3-D, que manteve a mesma eficiência mesmo depois de ser flexionada inúmeras vezes.

Outro dado a ser ressaltado é que este é o mais alto rendimento apresentado por células solares baseadas em nanoestruturas, mostrando potencial para futuros melhoramentos.