Rede de cabos submarinos opera em estado crítico

Por Nicole Starosielski

Rede de cabos submarinos transoceânicos de sistemas de comunicação, como internet, é dependente de intervenção humana

Estado de Alerta: O novo livro da professora-assistente de mídia, cultura e comunicação da New York University, 

Nicole Starosielski acompanha sistemas submarinos que atravessam pequenas ilhas e grandes aglomerados urbanos, 

conflitos em pontos costeiros e estações de cabeamento da época da Guerra Fria.

Atualmente, 99% de nosso tráfego de dados transoceânicos – incluindo telefonemas, mensagens de texto e email, websites, imagens e vídeos digitais, e até alguns sinais de televisão – atravessa as águas a bordo de cabos submarinos. Esses sistemas de cabos, ao contrário de satélites, carregam a maior parte do tráfego intercontinental da Internet. Em seu novo livro, The Undersea Network (“A Rede Submarina”,não disponível em português), a professora-assistente de mídia, cultura e comunicação da New York University, Nicole Starosielski, acompanha sistemas submarinos que atravessam pequenas ilhas e grandes aglomerados urbanos, conflitos em pontos costeiros e estações de cabeamento da época da Guerra Fria. 

Neste excerto, Starosielski visita centros de operações da rede onde sistemas globais de cabos são monitorados e mantidos por um pequeno grupo de engenheiros de elite.

Extraído com permissão de The Undersea Network, por Nicole Starosielski. Disponível em Duke University Press. Todos os direitos reservados. Copyright 2015, por Nicole Starosielski.

Entrada: Da Colônia de Cabos ao Centro de Operações de Rede

Ao entrar no centro de operações de rede de um sistema mundial de cabos submarinos, eu encontro o que você poderia esperar: uma sala dominada por salas de computadores, infindáveis feeds de informação sobre a atividade da rede e homens que monitoram cuidadosamente as ligações que dão suporte ao tráfego da Internet para dentro e para fora do país. À primeira vista, esse parece ser um local de mera supervisão, onde os humanos se sentam e observam máquinas fazendo o trabalho de conexão internacional, esperando apenas um momento de crise, como quando um barco de pesca local lança uma âncora sobre o cabo ou um tsunami joga o sistema em uma vala.

Essa visão popular das redes autônomas se deve mais ao cinema de Hollywood do que a verdadeiras operações de cabeamento. Na realidade, nossa rede global de cabos sempre está em algum tipo de crise e, ao mesmo tempo, é altamente dependente de humanos para sustentar o fluxo constante de transmissão de informações.

Talvez seja mais preciso dizer que esses cabos estão sempre em um estado de “alarme”. Um “alarme”, no jargão das redes, pode ser qualquer coisa: de uma indicação de que o cabo foi cortado a um lembrete sobre uma atualização necessária nos computadores. Sistemas submarinos não são tão diferentes de nossos computadores pessoais: eles precisam de atualizações e melhorias constantes, e também são suscetíveis a bugs e flutuações ambientais. Às vezes as coisas simplesmente não funcionam como o planejado. Os homens em um centro de operações de rede trabalham diariamente para resolver um conjunto de alarmes atualizados diariamente, que nesse local específico varia entre 120 e 150 por semana. A grande maioria deles compreende apenas sistemas de alerta, que notificam seus operadores sobre algum limiar iminente, um problema com um sistema de backup, ou uma possível fonte de interferência. Mesmo que nossos sinais continuem a passar por sistemas de cabo sem atraso, a rede submarina nunca funciona perfeitamente sozinha, isto é, sem alarme e sem assistência humana.  

Erros de sistema podem ser produzidos até mesmo pelo menor dos eventos. As estações onde essas ligações submarinas terminam abrigam imensos sistemas de resfriamento e, com todo esse ar condicionado lançando poeira para todos os lados, limpezas regulares são necessárias. Mas mesmo quando empresas empregam equipes especializadas de limpeza, frequentemente o número de alarmes aumenta durante o processo. Em contraste, durante o Natal esse número cai dramaticamente. Um gerente de operações explica o que pode parecer óbvio: “quando não há pessoas encostando nelas, as coisas tendem a não quebrar”. O interior de sua estação atesta o perigo de mãos humanas. As fibras primárias que vêm do mar ficam marcadas com fitas brilhantes onde se lê “Perigo Fibra Ótica”, para avisar qualquer um que entre na estação para não tocá-las. Durante o fim de semana do Super Bowl, outra empresa planejou não ter nenhuma atividade em sua estação, apenas para garantir que nada desse errado. A circulação de corpos humanos necessária para a operação da rede inevitavelmente sacode, empurra e põe o equipamento em estado de alarme.

Alarmes também podem ser gerados pelas próprias máquinas. Ainda que, em teoria, todo o equipamento de rede devesse ser idêntico e portanto previsível, na realidade cada dispositivo exibe um comportamento impressionantemente individual e pode produzir erros sem que haja qualquer contato humano com ele. Um gerente se queixa que sua estação simplesmente não tinha recebido o equipamento de transmissão adequado e, quando começou a dar problema, precisou de manutenções repetidas durante a maior parte de sua vida útil – uma espécie de criança-problema. Outro engenheiro de cabos explica que cada máquina é produzida usando diferentes lotes de matérias-primas e é montada em momentos diferentes. Dois conjuntos de circuitos podem ser tecnicamente idênticos, mas podem funcionar de maneira diferente durante o curso de suas vidas, em parte porque computadores diferentes contêm componentes de materiais diferentes. O vidro ou a solda podem ter qualidades ou origens distintas, e isso pode resultar em “falhas de lotes” que ocorrem em uma série de equipamentos produzidos ao mesmo tempo. O engenheiro usa uma analogia para explicar o processo: “É um pouco como fazer um bolo de frutas. Eu posso fazer um bolo de frutas na segunda-feira e um na quarta-feira, mas eles podem acabar sendo diferentes ainda que eu siga a mesma receita. No bolo da segunda-feira eu posso ter usado 192 gramas de açúcar e no da quarta, 205 gramas de açúcar. Diferenças mínimas poderiam ter um impacto desconhecido em algum momento do futuro”. 

A função dos homens nesse centro de operações de rede é ler o incessante fluxo de alarmes, determinando o que precisa ser consertado e conduzindo a manutenção necessária, tudo isso sem interromper o sinal de transmissão. Um dos técnico me deixa acompanhá-lo até uma estação de cabeamento durante um atendimento de rotina a um alarme. Ele explica que não existe uma correspondência de um-para-um entre cada alarme e problema no sistema. Em vez disso, um alarme é um sintoma de que algo está errado – uma indicação de uma conexão fracassada. Isso poderia ser comparado a uma febre ou irritação no corpo humano: a manifestação de um problema, mas não uma indicação de causa. Um rompimento total de cabos pode gerar muitos alarmes. Por outro lado, problemas múltiplos podem se resumir a um único alarme. 

Como resultado, existe uma quantidade significativa de interpretação humana necessária para deduzir a origem de um problema a partir de uma variedade de alarmes. Engenheiros de cabos podem ser vistos como os médicos da rede global de cabos. Apontando para uma luz acesa, um técnico diz: “Viu? Essa máquina está em estado de alarme”. Ele conecta seu computador a ela para descobrir o que está errado, mas o problema continua nebuloso. Então ele se volta para uma estante de onde saem vários fios que se conectam a outra máquina. Ele encara os fios soltos. “Eu acho que é esse aqui”, diz ele, pegando um cabo nas mãos, “ele deveria ficar ali” – e aponta para uma entrada – “mas não tenho certeza”. Ele não está dispostos a arriscar. Esse alarme é só para uma máquina de backup, então ele pode esperar. Nós saímos da estação, ainda sem ter certeza sobre a causa do alarme, e voltamos para o centro de operações de rede para consultar outros técnicos.

Ainda que, de certa forma, os computadores que apoiam as redes globais não sejam tão diferentes de nossos laptops pessoais, a importância desse tipo de manutenção é dramaticamente maior. Os técnicos tentam fazer cada sistema de backup, e cada backup do sistema de backup, funcionar perfeitamente. A maior parte do equipamento é projetada para funcionar durante 25 anos, a vida útil esperada de um cabo submarino, incluindo os repetidores que ficam no fundo do leito oceânico. Esses são alguns dos computadores mais duráveis do mundo. E mesmo assim algumas partes vão desenvolver bugs, e outras não vão. Técnicos mantêm registros detalhados sobre equipamentos individuais para conhecerem a história de cada parte. Registrar “o que cada um já passou” é crítico para manter uma rede confiável.  

Até mesmo a menor das perturbações na rede precisa ser avaliada. Um dos trabalhadores descreve o problema que teve com um equipamento que exibia um estado de alarme na estação de terra, mas o alarme não estava sendo detectado no centro de operações de rede. Como resultado, ele não pôde determinar onde estava o bug: no equipamento, ou nos computadores do centro. Mesmo sendo muito caro, o engenheiro decidiu enviar o equipamento para ter seu código reescrito, só por via das dúvidas. Mesmo que os alarmes sejam constantes, devido a esse trabalho intenso, falhas reais são poucas e raras.

Operar redes submarinas exige esse tipo de trabalho cuidadoso de interpretação e um conhecimento detalhado da história do equipamento de cabeamento, tarefas que não podem ser terceirizadas para computadores. Ainda que possamos pensar em redes digitais como sendo puramente técnicas, engenheiros e técnicos são os componentes humanos de um sistema que transporta 99% do tráfego transoceânico da Internet. Se esses trabalhadores desaparecessem, o sistema acabaria colapsando. Nós devemos a operação estável de comunicações globais em parte à sua capacidade de agir rapidamente e minimizar interrupções.    

O nível de segredo desse trabalho, a natureza especializada do cabeamento e o pequeno número de sistemas, porém, torna esse grupo bastante insular. Muitos estão na indústria de cabeamento há décadas. Mas mesmo com toda essa experiência, nenhum indivíduo compreende a rede inteira. Novos servidores e máquinas foram adicionados à estação que visitei, e o técnico que eu entrevistei não conhecia a história de cada um deles. Como resultado, engenheiros dependem fortemente uns dos outros para resolver problemas: eles devem saber quem chamar para obter cada informação e como coordenar reparos de sistema em diferentes plataformas. O isolamento da comunidade de cabeamento apoia esse trabalho de interpretação.

Quando eu pergunto aos operadores sobre as vulnerabilidades da atual rede submarina, muitos expressam preocupações com reduções e aposentadorias. Eles temem que o conhecimento cuidadosamente mantido da indústria seja perdido e que não haja ninguém para assumir seus lugares e respeitar os mesmos padrões de confiabilidade. Recrutar a próxima geração de trabalhadores é difícil. Não existe caminho direto para a indústria e ela permanece, em grande parte, invisível ao público. Um engenheiro descreve a situação: “Ninguém vai para a escola e diz que quer participar da indústria de cabeamento submarino”. De muitas maneiras, a operação do sistema de cabos submarinos está em oposição à cultura tecnológica cotidiana: ela é construída sobre uma ética de durabilidade, e não de descartabilidade. Muitos perguntam quem garantirá a continuidade das redes de cabos se sua indústria começar a trilhar o caminho da alta rotatividade, do trabalho desvalorizado, ou da obsolescência programada. Quem garantirá que os corpos que mantêm nossas redes submarinas são tão confiáveis quanto a tecnologia de cabeamento?

Publicado por Scientific American

Temperaturas extremas ligadas a mudanças em padrões do ar

Por Andrea Thompson e Climate Central

Um estudo conecta ondas de calor e frio extremos a mudanças no movimento atmosférico 
                                                                                                    

O mapa mostra o quanto as temperaturas sobre a Rússia variaram em relação ao normal entre 20 e 27 de julho de 2010. 
A forte concentração de vermelho profundo sobre o leste da Rússia reflete a onda de calor com semanas de duração 
que dominou a região nesse verão boreal.



Temperaturas escaldantes durante o verão na Europa, Ásia e América do Norte, além de ondas de frio extremo na Ásia central se tornaram mais prováveis devido a mudanças na maneira como o ar flui sobre essas regiões, como sugere um novo estudo detalhado na revista Nature.

O aquecimento geral da atmosfera que resultou do acúmulo de gases estufa alterou as chances em favor de mais temperaturas quentes extremas e menos temperaturas frias. Mas o modo como áreas de pressão alta e baixa serpenteiam pelo globo pode reforçar essas chances, ou neutralizá-las. Isso leva a padrões diferentes de extremos de temperatura em locais diferentes e momentos diferentes. 

“É importante determinar onde acreditamos que algumas das tendências recentes em circulação poderiam estar ligadas à mudança climática, em vez de se deverem apenas à variabilidade natural”, explicou por email Ted Shepherd, cientista atmosférico da Universidade de Reading, no Reino Unido. Shepherd, que não se envolveu no estudo, escreveu um comentário sobre a pesquisa na Nature.

Usando dados atmosféricos dos últimos 35 anos, Daniel Horton, autor do estudo e pós-doutor da Universidade Stanford, e seus colegas descobriram que áreas persistentes de alta pressão em certos locais estavam ligadas a ondas de calor extremo na Europa, na Ásia Ocidental e no leste da América do Norte. A posição dos sistemas afetou como o ar se dirigia sobre essas áreas. Um exemplo é a onda de calor russa de 2010, que foi resultado de um sistema de alta pressão que ficou “preso” e manteve uma grande massa de ar quente e seco estacionada sobre a região durante semanas.

Por outro lado, um aumento em frios extremos sobre a Ásia central estava associado a um padrão que levou mais ar do Ártico a fluir sobre a região. A tendência de mais frios extremos foi mais forte durante o período desde o surgimento do aquecimento pronunciado do Ártico, ou por volta dos últimos 25 anos, o que concede pelo menos algum apoio à possibilidade de que o aquecimento está ajudando a alimentar a tendência, explicou Shepherd. A possível influência do rápido aquecimento do Ártico nesses extremos foi um importante tópico de pesquisa nos últimos anos, ainda que ele seja muito debatido na comunidade climática.

A conexão dessas mudanças na circulação atmosférica com o aquecimento global não foi algo que o estudo tentou responder. Judah Cohen, que já conduziu vários estudos sobre a conexão entre os extremos de temperatura e o Ártico, declarou que ainda que o novo estudo tenha sido “uma boa análise”, além de ser consistente com outras descobertas, ele acredita que isso “fará pouco para resolver ou aliviar as diferenças” entre as diferentes áreas dessa questão. Cohen, um cientista atmosférico da Pesquisa Atmosférica e Ambiental, também não se envolveu no estudo.

Ainda que a nova pesquisa não tenha respondido o que levou aos padrões atmosféricos específicos associados com temperaturas extremas, Horton espera que eles possam usar a mesma abordagem do estudo para tentar descobrir isso. Ele chamou o esforço de “um trabalho em andamento”, adicionando que “ainda não temos respostas”.

Encontrar essa resposta é importante para compreender quais mudanças regiões diferentes podem enfrentar em um mundo cada vez mais quente, já que ter um sistema específico estacionado sobre uma área por um longo tempo também pode levar a problemas como secas e enchentes.

A seca contínua da Califórnia, por exemplo, foi ligada a um persistente sistema de alta pressão que mantém longes as chuvas tão necessárias ao estado.

Este artigo foi reproduzido com permissão de Climate Central.

Alasca entra em nova era de incêndios florestais

Climate Central

O estado americano esquentou duas vezes mais rápido que o resto do país nas últimas décadas

O Alasca, a grande fronteira setentrional dos Estados Unidos, está sendo remodelado por mudanças climáticas.

Enquanto a elevação das temperaturas altera seu caráter e sua paisagem, o aquecimento também traz a devastação de incêndios florestais.

Nos últimos 60 anos, o estado norte-americano esquentou mais de duas vezes mais rápido que o resto do país, registrando um aumento médio de temperatura de quase 1,5ºC 

Até 2050, as temperaturas deverão subir entre 2ºC e 4ºC adicionais, de acordo com as projeções, sendo que a região do Ártico deverá ter os aumentos mais dramáticos.

Essas elevações também devem aumentar os riscos incêndios florestais no Alasca, assim como tem ocorrido no restante do oeste dos EUA.

Esses incêndios têm aumentado em toda a região ocidental dos Estados Unidos desde a década de 70. Paralelamente, as temperaturas de primavera e verão também aumentaram acentuadamente e a camada média de neve na primavera diminuiu substancialmente.

Incêndios no Alasca não costumam fazer notícias nos 48 “estados mais baixos” da área continental dos EUA, mas eles ameaçam vastas expansões de florestas, parques, e tundras, que armazenam imensas quantidades de carbono.

O crescente número de incêndios florestais de grandes proporções no estado tem o potencial de danificar esses ecossistemas, assim como as pessoas e a vida selvagem que dependem deles, ao lançar uma quantidade significativa de carbono na atmosfera, contribuindo ainda mais para o aquecimento global.

Além disso, as emissões desses fogos descontrolados sobre essas vastas áreas também ameaçam a qualidade do ar no Alasca e muito além de suas fronteiras. 

Nossa análise de 65 anos de incêndios florestais no Alasca mostra que:

• O número de incêndios florestais de grandes proporções (maiores que 404,68 hectares) aumentou subitamente nas décadas de 90; e os anos 2000 viram quase o dobro desses grandes incêndios em relação às décadas de 50 e 60.

• Na região do Ártico, o número desses incêndios cresceu quase dez vezes nos anos 2000 em comparação com os anos 50 e 60. Somente três anos dessas duas décadas de registraram grandes incêndios; mas desde o ano 2000, o Ártico foi atingido por 33 grandes destruições desse tipo. 

• A área queimada todos os anos nesses grandes incêndios florestais está aumentando. Em apenas dois anos, 2004 e 2005, as chamas destruíram uma área maior que nos 15 anos de 1950 a 1964 combinados. Além disso, houve um drástico aumento em particular de incêndios que se alastraram por mais de 4.046,85 hectares, mas menos que 20.234,28 hectares. 

• A temporada de incêndios florestais no Alasca hoje é cerca de 40% mais longa que era na década de 50. As primeiras queimadas naturais começam mais cedo no ano e as últimas ardem até mais tarde no outono. Em termos gerais, a estação de incêndios aumentou em mais de 35 dias e agora dura mais de três meses, estendendo-se de maio até o início de agosto. 

• O aumento das temperaturas no Alasca tem coincidido com a elevação do número e da dimensão dos incêndios florestais no estado. Anos com os meses mais quentes de maio a julho também tendem a ser os que têm a maior incidência de incêndios e a maior área incinerada.

• De acordo com projeções da Avaliação Nacional do Clima (NCA) [programa do governo estabelecido pela Lei de Pesquisa de Mudanças Globais de 1990], a quantidade da área queimada em incêndios naturais no Alasca deverá dobrar até 2050 e triplicar até 2100 em condições de contínuas emissões e mais aquecimento.

Célula fotoeletroquímica armazena energia solar

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O armazenamento químico da energia solar faz parte de um campo conhecido como fotossíntese artificial. [Imagem: UT Arlington]

Vanádio

Uma nova célula fotoeletroquímica consegue armazenar energia solar para que ela seja utilizada à noite ou em dias nublados.

"Nós demonstramos simultaneamente o armazenamento reversível tanto de energia solar [na forma química] quanto de elétrons na célula," disse Dong Liu, da Universidade do Texas, nos Estados Unidos.

A célula fotoeletroquímica, feita com o elemento vanádio, é acoplada a um fotoeletrodo híbrido de tungstênio e titânio (WO₃/TiO₂).

Com a incidência da luz solar, o fotoeletrodo híbrido libera elétrons, funcionando como uma célula solar, e esses elétrons são armazenados na célula de vanádio.

Energia química

A célula tem dois modos de operação: de armazenamento, ou regenerativo, e descarregamento, quando a energia armazenada é liberada para uso.

No modo regenerativo, a luz do Sol incide sobre o eletrodo fotoeletroquímico criando pares de elétrons/lacunas. Esses elétrons e lacunas oxidam ou reduzem diferentes componentes redox no anodo e no catodo, respectivamente, convertendo assim a energia solar em energia química.

No modo de descarga, a energia química armazenada nos pares redox pode ser convertida em energia elétrica como em uma bateria de fluxo, com uma eficiência muito alta.

"Esta pesquisa tem potencial para reescrever como nós armazenamos e utilizamos a energia solar. Conforme a energia renovável se torna mais prevalente, a capacidade de armazenar energia solar e usá-la como uma alternativa renovável fornece uma solução sustentável para o problema de escassez de energia," acrescentou o professor Fuqiang Liu, que vem trabalhando há algum tempo no campo da fotossíntese artificial.

Bibliografia:

Reversible Electron Storage in an All-Vanadium Photoelectrochemical Storage Cell: Synergy between Vanadium Redox and Hybrid Photocatalyst
Dong Liu, Wei Zi, Syed D. Sajjad, Chiajen Hsu, Yi Shen, Mingsheng Wei, Fuqiang Liu
ACS Catalysis
Vol.: 5 (4), pp 2632-2639
DOI: 10.1021/cs502024k

O futuro da energia limpa

Agência americana divulga avanços na geração de energia limpa

Por David Biello

FOLHA ARTIFICIAL: a Sun Catalytix esperava transformar seu sistema de luz solar e 

dissociação de moléculas de água em uma fonte de energia domiciliar barata com ajuda da ARPA–E.

A barragem Hoover foi fruto dos frenéticos esforços para combater os efeitos da Grande Depressão.

Da mesma forma, os gigantescos campos de espelhos concentradores de calor no deserto da Califórnia, conhecidos como Ivanpah Solar Power Facility (Instalação Ivanpah de Energia Solar), podem vir a representar o enorme empenho para impedir que a Grande Recessão se transforme em plena depressão.

“Em recessões passadas, conseguimos concretizar grandes projetos”, lembrou Michael Splinter, presidente-executivo da Applied Materials, na exposição inaugural “ARPA-E Energy Innovation Summit”* da  Agência de Projetos de Pesquisa Avançada para a Energia (ARPA-E), em 2010.

“Precisamos de uma barragem Hoover de energia solar; ou talvez apenas cerquemos a hidrelétrica com [painéis] solares? Para o que apontaremos daqui a 30 anos, dizendo ‘Isso resultou da Grande Recessão de 2009?’”, arrematou.

Talvez o legado dessa recessão seja algo fisicamente um pouco menos imponente.

Quem sabe, sua herança seja a própria ARPA-E, a única agência a brotar do esforço de estímulo de 2009, mesmo que a incipiente organização ainda tenha de financiar a invenção de uma tecnologia tão globalmente transformadora como a internet.

A ARPA-E nasceu em 2009, com um modesto orçamento de US$ 400 milhões — cerca de um terço do que sua antecessora intelectual, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA), recebeu ao ser criada, em 1958.

Com ambições de instigar uma segunda revolução industrial, a agência recebeu propostas para cerca de 3.700 possíveis tecnologias energéticas transformadoras do mundo e desembolsou US$ 151 milhões para subsidiar 37 delas — desde transformar água e CO2 em combustível com nada além de luz solar até baterias melhores.

A maior fatia isolada à época, US$ 9,1 milhões, foi destinada à empresa Foro Energy para ajudá-la a desenvolver sistemas de perfuração a laser que poderiam baratear o aproveitamento do calor da Terra para gerar energia elétrica.

Os escritórios da ARPA-E dentro do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DoE) pretendem lembrar mais uma engenhosa start-up do Vale do Silício que uma parte de uma burocracia esclerosada, encarregada principalmente de cuidar de armas nucleares e de seu legado.

Funcionários da ARPA-E, inclusive seus diretores, ocupam seus cargos por apenas três anos.

Esse curto período de tempo visa a inspirar e transmitir a “cruel urgência do agora”, uma citação de Martin Luther King, Jr. que se encontra pendurada na parede do QG do DoE, um edifício de blocos de concreto sobre estacas concretadas, com uma infinidade de pequenas janelas quadradas enfileiradas.

O plano era ser uma agência do governo destemida de riscos; uma burocracia sem burocratas.

“Queríamos ser avaliados por nossa maluquice”, Arun Majumdar, o primeiro diretor da ARPA-E me confidenciou em 2013 depois de sair da agência. “Ainda é cedo e você quer criar uma reputação alicerçada em sólidas bases tecnológicas que são arriscadas, mas não malucas”, completou.

Mesmo em 2010, na exposição inaugural da ARPA-E, a questão era se algumas das inovações sugeridas realmente eram revolucionárias. À época, Majumdar salientou que “trabalhar como de costume e o ritmo de inovação simplesmente não são suficientemente rápidos”.

O “mandarim” da indústria de defesa Norman Augustine, por exemplo, ex-presidente e CEO da Lockheed Martin e um mestre em velocidades de escape, sentiu que a agência representava um ponto de inflexão.

Augustine presidiu inúmeros relatórios governamentais, inclusive o que originou a ARPA-E, e pode ter julgado que a nova agência significava uma mudança de velhos para novos conceitos; mas a maioria dos 37 projetos iniciais envolvia ideias que já circulavam há anos, como transformar algas em combustível ou usar fibra de carbono para melhorar a eficiência do combustível em carros.

Graças à ARPA-E, essas propostas estavam sendo desenterradas, revigoradas e refinanciadas, talvez em razão do entusiasmo por projetos de estímulo imediatistas, do tipo “mãos-a-obra”.

Cinco dos 37 primeiros projetos financiados visavam desenvolver um jeito mais barato para capturar o CO2 lançado na atmosfera pelas centenas de usinas de energia movidas a carvão do país.

Mas, insatisfeito com tão poucos projetos para uma tecnologia tão crítica, Majumdar criou todo um programa, batizado Materiais e Processos Inovadores para Tecnologias Avançadas de Captura de Carbono (Innovative Materials and Processes for Advanced Carbon Capture Technologies, ou IMPACCT) para acrescentar outras 15 propostas destinadas a reduzir o custo dessa captura de CO2.

“Precisamos desenvolver tecnologias para utilizar combustíveis fósseis de forma limpa”, o então secretário de Energia Steven Chu me disse em 2010.

Mas, até agora, nenhuma atingiu essa meta — ainda.

Outros candidatos a “home runs”, para usar a metáfora de beisebol favorita de Majumdar e Chu, incluíram a tentativa da Sun Catalytix de fornecer energia domiciliar utilizando apenas luz solar, química e água; o esforço de desenvolver uma bateria gigante de metais líquidos inspirada no processo altamente energético de produzir alumínio a partir de bauxita e que acabaria dano origem à empresa Ambri; e uma técnica melhor para produzir células solares ao utilizar silício semilíquido, como massa de panqueca, para fazer wafers (bolachas) em vez de cortar os grandes lingotes em fatias.

Essa inovação veio de uma empresa chamada 1366, em homenagem à quantidade de luz solar em watts que atinge cada metro quadrado do planeta.

A ARPA-E não dispõe do orçamento necessário para lidar com algo tão amplo como a rede de transmissão elétrica, nem tão caro como construir um novo tipo de reator nuclear.

As tecnologias mais promissoras que financiou incluem baterias para armazenar a energia gerada por ventos noturnos e células fotovoltaicas aprimoradas para transformar luz solar em eletricidade.

Em apenas seis anos, a agência também criou uma nova comunidade de pesquisa focada em utilizar microrganismos para transformar CO2, o principal gás de efeito de estufa responsável por mudanças climáticas, em combustível, embora esses eletrocombustíveis continuem muito distantes da vida fora do laboratório de ciências.

Até 2011, o investimento da ARPA-E em invenções para o futuro da energia tinha se diversificado para 121 projetos em sete áreas críticas, com siglas sugestivas como a das Baterias para Armazenamento de Energia Elétrica nos Transportes, ou BEEST (uma brincadeira com a palavra “beast”, ou “besta, fera”, em inglês).

“Assim como vocês têm Intel dentro de seus laptops, espero que tenham BEESTs dentro de seus carros elétricos no futuro”, Majumdar declarou perante o público na segunda exposição de novidades da agência.

“Como conquistaremos o futuro? Inventando tecnologia limpa a preços acessíveis”, resumiu.

Projetos da ARPA-E estão repletos de siglas e nomes de programas inspirados no jogo “Out-There” de exploração espacial, gestão de recursos e ficção interativa, como electrofuels (eletrocombustíveis) ou REBELS (sigla de Reliable Electricity Based on ELectrochemical Systems, ou Eletricidade Confiável Baseada em Sistemas Eletroquímicos).

O próprio Majumdar ajudou a “bolar” a sigla PETRO, ou Plants Engineered to Replace Oil (Plantas Projetadas para Substituir Petróleo), em meio a uma enxurrada de e-mails durante um fim de semana.

Mas a agência não tem um programa direto de etanol; e o senador Lamar Alexander do Tennessee (R), um dos “pais políticos” da ARPA-E, aproveitou o palco da exposição de 2011 para exigir a abolição dos eternos e infindáveis subsídios para etanol de milho e outras fontes de energia “maduras” como carvão, gás e petróleo.

Em 2011, Majumdar e Chu aplaudiram os mais de US$ 200 milhões em financiamentos privados que se seguiram ao investimento da ARPA-E em algumas dessas tecnologias, como as baterias da Ambri ou a técnica para produzir wafers da 1366.

Naquele ano, o Departamento da Defesa também se tornou um cliente importante, se não o maior, de algumas dessas inovações energéticas.

“Mudar o modo como produzimos e utilizamos energia significa, fundamentalmente, melhorar a segurança nacional deste país”, resumiu Ray Mabus, secretário da Marinha em 2011, apontando para o histórico de mudanças na própria Marinha americana: de vento para carvão no século 19, e de carvão para petróleo, suplementado por energia nuclear, ao longo do século 20.

“Estou confiante que, assim como estamos liderando novamente o modo como acionamos nossos navios e aviões, a história provará que os pessimistas, que argumentam ‘isso é muito caro, a tecnologia [ainda] não existe’, estão equivocados mais uma vez”, concluiu Mabus.

É mais provável que qualquer progresso futuro seja medido em moléculas de CO2 não lançadas na atmosfera e barris de petróleo não importados, mas talvez leve até 20 anos para que isso fique claro.

A DARPA levou 10 anos para criar as bases do que viria a ser a internet e, depois disso, demorou várias décadas para que a rede (Web) conquistasse o mundo.

Na falta de uma tecnologia energética equivalente à internet, a ARPA-E teve de se concentrar em algumas apostas garantidamente bem-sucedidas em curto prazo, como aproveitar o fluxo de gás natural barato liberado no processo de fraturamento hidráulico, ou fracking.

Majumdar já matutava um jeito de resolver problemas com gás natural em 2011.

Na exposição, ou “cúpula”, daquele ano, Ernest Moniz, o físico que sucederia Steven Chu como secretário de Energia advertiu: “Precisamos que isso seja uma ponte para algum lugar, em vez de uma ponte para lugar algum”. E acrescentou: “Algum lugar é zero carbono, o que significaria carvão e gás natural com captura e armazenamento de carbono, e energias renováveis”.

Baterias melhoradas, uma constante nos financiamentos da ARPA-E, também fazem parte do leque de inovações — e são foco do mais estrondoso fracasso da agência: Envia, uma das 37 empresas subvencionadas inicialmente.

Na “cúpula” de 2012, Majumdar e outros elogiaram a start-up, fundada em uma biblioteca pública em Palo Alto, na Califórnia, por alcançar densidades energéticas de 400 watt-hora por quilo; resultados que foram verificados de forma independente pelo Centro Naval de Guerra de Superfície, em Crane, Indiana.

A empresa chegou a assinar assinou um contrato com a General Motors Corporation para ajudar a acionar o Chevy Volt ou outro carro elétrico, mas acabou não conseguindo fazer o fornecimento.

Na mesma linha mal-sucedida, a Sun Catalytix teve que mudar o foco de sua folha artificial para baterias de fluxo a fim de sobreviver, e várias das outras técnicas aspirantes para captura de CO2 também foram água abaixo.

“Eu não as chamo fracassos, chamo-as oportunidades para aprender”, Majumdar me disse em 2012.

Elon Musk, da Tesla, por outro lado, usou o palco da exposição ARPA-E de 2013 para prenunciar o reembolso do empréstimo federal de sua empresa, com 9 anos de antecedência e juros.

“O empréstimo do DoE à Tesla deveria ser visto como um sucesso bastante significativo”, salientou Musk e acrescentou: “Pelo amor de Deus, se as pessoas vão atacar o DoE por causa [do escândalo da falida fabricante de painéis solares] Solyndra, então o DoE também deveria receber elogios por seus sucessos”.

O conceito de bateria de metal líquido transformou-se em uma companhia conhecida como Ambri, que agora produz baterias comerciais em sua nova fábrica em Massachusetts, onde a 1366 também construiu uma instalação industrial.

Enquanto isso, a Google ganhou uma licitação para construir “pipas” de fibra de carbono, na realidade trata-se de turbinas eólicas voadoras, conhecidas como Makani Power em homenagem à palavra havaiana para vento. Esses aparelhos foram projetados para colher a energia produzida pelos ventos constantes da estratosfera terrestre.

Ainda assim, as atuais ambições da ARPA-E parecem ter encolhido, do financiamento de eletrocombustíveis para aparelhos de ar condicionado e janelas mais eficientes.

“Uma melhoria de 50% na quantidade de combustível necessária para fazer funcionar um ar condicionado é um belo avanço, mas ele não é atraente”, admitiu Cheryl Martin, segunda diretora da agência, em 2013. “Quando você demonstra que isso é possível, o mundo muda”.

Essas vitórias discutivelmente “pouco atraentes” talvez sirvam para salvaguardar os atuais cerca de US$ 300 milhões/ano em financiamentos da ARPA-E, que já são uma aberração em comparação ao US$ 1 bilhão/ano recomendado pelos fundadores intelectuais da agência ou, mais recentemente, pelos pesos-pesados corporativos do American Energy Innovation Council, que inclui Norman Augustine.

Em síntese, a ARPA-E investiu um total de aproximadamente US$ 1,1 bilhão em mais de 400 projetos.

Mas até sustentar esse nível de apoio financeiro parece um desafio.

“Escolhas difíceis terão de ser feitas sobre que tipos de investimentos em energia proporcionam o melhor retorno com o impacto mais abrangente”, anunciou o deputado federal Randy Weber na mais recente exposição da ARPA-E.

O republicano do sudeste do Texas também é o presidente da Subcomissão de Energia da Comissão de Ciência, Espaço e Tecnologia da Câmara dos Deputados americana.

A visão de um futuro de energia limpa é pouco melhor que uma miragem sem os recursos para investir nela. Sem suporte sustentado para inovações, quando ocorrer o próximo “choque de petróleo”, os Estados Unidos estarão despreparados para lidar com ele — de novo.

“Toda vez que o preço do petróleo sobe entramos em pânico, e quando ele cai apertarmos o botão ‘relaxar’”, criticou Steven Chu em 2011. “Vamos adotar uma abordagem mais comedida, de mais longo prazo”, recomendou.

A ARPA-E ainda não teve tempo suficiente para ser considerada um sucesso ou um fracasso, embora alguns já estejam dispostos a fazer esse julgamento.

Um deles é Fred Smith, o CEO da FedEx que, no evento de 2012 declarou sucintamente: “Libra por libra, dólar por dólar, é difícil encontrar uma coisa mais eficaz que o governo tenha feito que a ARPA-E”.

Mas, nem as coisas nem o mundo mudaram.

O consumo global de petróleo supera 90 milhões de barris por dia e a civilização queima mais de sete bilhões de toneladas de carvão por ano — os dois números cresceram no curto período de existência da ARPA-E.

Como resultado, quase 40 bilhões de toneladas de CO2 são lançadas anualmente no ar e sua concentração atmosférica atingiu níveis jamais vistos em toda a existência de nossa espécie: 400 partes por milhão.

Nos Estados Unidos, a segurança energética foi garantida pelo faturamento hidráulico para extração de petróleo e gás natural na América do Norte, assim como por medidas de eficiência obrigatórias para carros e caminhões, destinadas a reduzir a queima de combustível por quilômetro rodado.

Ainda assim, os empregos na indústria continuam diminuindo no país, embora a economia em geral tenha dado sinais de recuperação da pior parte da Grande Recessão.

O arco de uma transição energética pode ser longo, mas ele se inclina em direção da energia limpa.

Em 2014, a Agência Internacional de Energia (IEA) observou que, pela primeira vez em 40 anos, a poluição do setor energético não aumentou, mesmo enquanto a economia crescia.

Essa estabilização se deve principalmente ao fato de a China estar queimando menos carvão. E, embora a Índia espere intensificar o seu consumo dessa matéria-prima, a ARPA-E talvez possa até ajudar a evitar isso.

“Quem sabe, deveríamos realizar a exposição da ARPA-E na Índia?”, ponderou Ernest Moniz, o secretário de Energia americano no evento da agência, em fevereiro deste ano.

“Uma exposição como essa na Índia seria inundada [de gente]”, previu Ratan Tata, presidente do Grupo Tata e empresário bilionário indiano que vende de tudo, de caminhões a chá. “As pessoas estão famintas de ideias novas e elas não existem na Índia”, sintetizou.

“Talvez tenhamos aí uma abertura para agir”, observou Moniz. “Acredito que isso realmente poderia ter um impacto”.

Essa também é a esperança da nova diretora da ARPA-E, a química Ellen Williams, anteriormente da University of Maryland e da gigante do petróleo British Petroleum (BP). Sua meta é expandir o impacto da ARPA-E, seja aprimorando a eficiência do motor de combustão interna, uma bateria mais barata que está sendo desenvolvida em uma garagem no Harlem, ou algo mais estranho ainda.

Cheryl Martin, a diretora anterior da agência, tem uma escala de impacto diferente.

“Em 2060, outra pessoa dirá se fomos um sucesso”, ela me disse em 2013. O sucesso pode demorar a vir, mas se vier será como um futuro de energia limpa que a ARPA-E ajudou a inventar.

*A exposição ou “cúpula” “ARPA-E Energy Innovation Summit” reúne as mentes mais brilhantes das áreas empresarial, acadêmica e governamental para promover tecnologias de ponta que poderiam, fundamentalmente, mudar o modo como geramos, utilizamos e armazenamos energia.

Publicado em Scientific American

Espuma de madeira vai deixar sua casa mais confortável

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A espuma de madeira é leve e pode ser conformada em placas de espuma rígida ou em tapetes de espuma flexível. [Imagem: Fraunhofer WKI]

Revestimento térmico de madeira

Enquanto os escudos à prova de calor não chegam ao mercado, é possível melhorar a qualidade dos materiais usados no isolamento térmico.

Engenheiros criaram uma espuma feita de madeira que poderá substituir os plásticos petroquímicos usados atualmente em refrigeração, ar-condicionado e outros revestimentos.

As espumas expansíveis são isolantes térmicos de ótima qualidade, mas têm estado na mira dos ambientalistas, que clamam pela sua substituição por materiais não derivados do petróleo.

Volker Thole, do Instituto de Pesquisas da Madeira, na Alemanha, encontrou um substituto usando resíduos da indústria da madeira.

"Nossa espuma de madeira pode ser usada exatamente da mesma forma que as espumas poliméricas expansíveis convencionais, mas é um produto totalmente natural feito a partir de matérias-primas sustentáveis," disse ele.

A técnica consiste em moer os cavacos de madeira até que as partículas tornem-se uma massa viscosa.

O próximo passo é adicionar gás a essa massa para expandi-la, criando a espuma que é endurecida com a ajuda de substâncias também extraídas da madeira.

"É um pouco como assar um bolo, quando a massa cresce e se torna firme no forno," explica o professor Thole.

Espuma de madeira

A espuma de madeira é leve e pode ser conformada em placas de espuma rígida ou em tapetes de espuma flexível.

Segundo Thole, embora vários outros grupos tenham produzido espumas de madeira antes, nenhum desses produtos conseguiu competir com os isolantes térmicos derivados de plásticos, apresentando uma degradação rápida devido a uma acomodação das fibras de madeira no centro do material.

"Analisamos as nossas espumas de madeira de acordo com as normas aplicáveis aos materiais isolantes. Os resultados foram muito promissores: nossos produtos tiveram pontuação alta em termos de suas propriedades termo-isolantes e mecânicas, bem como hígricas, características relacionadas com a umidade," disse Thole.

Agora a equipe está avaliando diversos tipos de madeira para ver qual delas produz a melhor espuma termicamente isolante.

No longo prazo, a equipe espera desenvolver uma variedade da espuma de madeira que possa substituir o poliestireno expandido, o conhecido isopor.

Brasileiros domam levitação acústica

Com informações do American Institute of Physics 

As ondas estacionárias criam pontos de pressão em que as ondas sônicas anulam a força da gravidade, fazendo as esferas de poliestireno flutuarem.[Imagem: Adaptado de Marcelo Andrade et al. -10.1063/1.4905130]

Levitação sônica

Uma equipe de pesquisadores da USP (Universidade de São Paulo) desenvolveu um novo dispositivo de levitação que consegue fazer pairar um pequeno objeto com um nível de controle nunca antes obtido por instrumentos similares.

Com destaque na capa da revista Applied Physics Letters, o dispositivo levita partículas de poliestireno refletindo ondas sonoras em um refletor côncavo. Alterando a orientação do refletor é possível movimentar as partículas em levitação.

Embora já existissem outros equipamentos de levitação sônica capazes de movimentar diferentes tipos de partículas, esses dispositivos sempre dependeram de um ajuste preciso, no qual a fonte do som e o refletor fiquem a distâncias de "ressonância" fixas e muito precisas, o que torna muito difícil controlar a posição dos objetos levitados.

Levitação com controle

O dispositivo feito pelos pesquisadores brasileiros mostra que é possível construir um aparelho de levitação "não-ressonante" - que não requer uma distância fixa de separação entre a fonte e o refletor.

Este pode ser um passo importante para a construção de aparelhos maiores que poderiam ser usados para lidar com materiais perigosos e materiais quimicamente sensíveis, como produtos farmacêuticos - ou para fornecer tecnologia para uma nova geração de brinquedos mirabolantes para as crianças.

"As fábricas modernas têm centenas de robôs para mover as peças de um lugar para outro," comentou Marco Aurélio Andrade, que liderou a pesquisa. "Por que não tentar fazer o mesmo sem tocar nas peças a serem transportadas?"

O aparelho que Marco Aurélio e seus colegas construíram só foi capaz de levitar partículas muito leves, bolinhas de poliestireno (isopor) de cerca de 3 mm de diâmetro. "O próximo passo é melhorar o dispositivo para levitar materiais mais pesados," promete ele.

Como a levitação acústica funciona

Em uma configuração típica, um aparelho de levitação acústica consiste em um cilindro superior com um transdutor - um alto-falante - que emite ondas sonoras de alta frequência. Quando essas ondas batem no fundo côncavo do aparelho - o refletor - elas são refletidas de volta.

As ondas refletidas, que estão subindo, interagem com ondas recém-emitidas, que estão descendo, produzindo o que é conhecido como ondas estacionárias, que têm pontos (ou nós) de pressão acústica mínima - se a pressão acústica nesses nós for forte o suficiente, ela pode neutralizar a força da gravidade e permitir que um objeto flutue no ar.

Nos dispositivos de levitação feitos até agora, a distância entre o emissor de som e o refletor tinha que ser cuidadosamente calibrada para se obter a ressonância e, por conseguinte, a levitação. Isto significa que a distância de separação dos dois deve ser igual a um múltiplo da metade do comprimento de onda das ondas sonoras. Se essa distância de separação é alterada, mesmo que ligeiramente, o padrão de onda estacionária é destruído e a levitação deixa de funcionar.

O novo aparelho de levitação não exige uma separação precisa. Na verdade, a distância entre o emissor de som e o refletor pode ser continuamente alterada em tempo de voo, sem afetar em nada o desempenho da levitação. "Basta virar o levitador e ele está pronto," resumiu Marco Aurélio.

Bibliografia:

Particle manipulation by a non-resonant acoustic levitator
Marco Auré Brizzotti Andrade, Nicolás Pérez, Julio C. Adamowski
Applied Physics Letters
Vol.: Published online
DOI: 10.1063/1.4905130

Maior piscina do mundo será usada por astronautas

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O complexo incluirá uma série de serviços acessórios para as pesquisas que poderão ser feitas na piscina. [Imagem: Blue Abyss]

Maior piscina do mundo

A Universidade de Essex, na Inglaterra, planeja construir a piscina mais funda do mundo.

A piscina será usada para pesquisas sobre condições de vida em viagens espaciais, treinamento de astronautas e estudos de resistência humana.

Treinamentos avançados em mergulho, sobretudo para a indústria petrolífera, investigações em fisiologia marinha e humana e monitoramento ambiental seriam outros temas que poderiam utilizar a piscina como laboratório ou campo de provas.

Com 50 metros em comprimento e profundidade, a estrutura superaria a piscina de treinamento de 12 metros da NASA, em Houston (EUA).

Para comparação, uma piscina olímpica oficial tem 5 metros de profundidade.

A piscina mais funda do mundo atualmente, chamada Y-40, tem 42 metros de profundidade e fica em um hotel na Itália.

O custo da empreitada da nova piscina, estimado em 40 milhões de libras (R$ 200 milhões), seria dividido entre a universidade de Essex e a empresa Blue Abyss.