Cientistas chineses descobriram como armazenar dióxido de carbono em sedimentos marinhos

Pelo site Engenharia é

Pesquisadores chineses descobriram que o dióxido de carbono pode ser armazenado em sedimentos nas profundezas do mar de forma estável e segura.

O estudo publicado na revista Science Advances revelou que o efeito de flutuação negativa provocada pela alta densidade do dióxido de carbono líquido, juntamente com a formação de hidratos de dióxido de carbono, pode proporcionar uma barreira eficaz para impedir o fluxo a superfície do dióxido de carbono injetado.

A captura e armazenamento de carbono é considerada uma opção promissora para estabilizar a concentração atmosférica de dióxido de carbono gerada por humanos e mitigar as mudanças climáticas.

O armazenamento de carbono em sedimentos nas profundezas do mar pode tirar proveito da alta pressão e baixa temperatura dos sedimentos profundos, de acordo com o estudo.

“Em comparação com estudos anteriores, a superioridade do nosso estudo é a incorporação da dinâmica de componentes dissolvidos e os seus efeitos correspondentes sobre a reação do hidrato e o fluxo de fluido”, disse o primeiro autor do artigo, Teng Yihua.

“Estamos muito entusiasmados com os resultados porque eles provam que esta opção é viável a longo prazo”, disse Teng.

Saiba como a Federação Ferroviária Suíça vai melhorar a segurança com Deep Learning

Pelo site Engenharia é

Todos os dias, a Swiss Federal Railway (SBB), gere cerca de 15.000 comboios, que transportam cerca de 1.2 milhões de passageiros ao longo de um percurso de 6.437 quilômetros.

Para garantir a segurança da infraestrutura, bem como a segurança dos seus passageiros, a federação ferroviária suíça recorre a “diagnósticos” dos trens que circulam nas linhas (com velocidades que atingem os 160 km/h), equipados com câmeras de elevada resolução e sensores que permitem obter imagens claras do estado das ferrovias.

O processamento dos dados é efetuado em tempo real no comboio que realiza o diagnóstico, havendo uma elevada taxa de falsos positivos e até negativos — dado que se trata de uma análise computacional. Por essa razão, este sistema necessita do auxílio humano. Algumas situações em que por vezes se necessita de pessoas com experiência em atuar em ambientes perigosos. 

Tendo em vista o problema visado, surge o projeto “Railcheck” resultado de uma parceria realizada entre a SBB e CSEM (centro suíço de pesquisa e desenvolvimento), cujos objetivos passam por usar tecnologias Deep Learning (Aprendizagem profunda) no sentido de:

• melhorar a deteção e a classificação de falhas ocorridas nas vias férreas;
• minimizar o número de verificações realizadas por ação humana nos locais;
• minimizar o tempo que os especialistas gastam a resolver falsos positivos.

Primeiramente, a coleta de dados. A SBB plaeja observar 3.800 km de trilhos ferroviários por mês até ao ano de 2020. As imagens capturam diferentes condições climáticas (chuva, neve, gelo).

Em segundo lugar, o pré-processamento, em que o modelo é treinado para detetar situações de interesse (por exemplo, vigas ferroviárias) nas imagens.

A terceira etapa é, a deteção de erros. Para o desenvolvimento desta função, o CSEM usou duas redes neurais rivalizando uma contra a outra. O objetivo desta medida é a formação de clusters dentro da análise de dados. Esses mesmo clusters foram usados para identificar as anomalias nos componentes das linhas ferroviárias.

Antena de luz transforma 85% da luz visível em eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Esquema e foto das antenas de luz. À direita, o fotoeletrodo com captura de luz (em cima), e a mesma estrutura no formato tradicional, transparente (embaixo).[Imagem: Misawa H. et al. - 10.1038/s41565-018-0208-x]

Antena de luz

Pode haver meios mais eficientes para coletar a energia solar do que as conhecidas células fotovoltaicas.

Pesquisadores japoneses desenvolveram um fotoeletrodo - uma antena para captar luz - que consegue captar 85% da luz visível, convertendo a energia da luz com uma eficiência 11 vezes maior do que os métodos conhecidos.

Essa coleta da luz visível em uma ampla faixa espectral foi feita usando nanopartículas de ouro carregadas sobre um semicondutor. Como em outras antenas de luz, a captura é feita aproveitando os plásmons de superfície, ondas de elétrons produzidas quando a luz incide sobre um metal.

Xu Shi e seus colegas da Universidade de Hokkaido construíram a nanoantena ensanduichando um semicondutor - um filme fino de 30 nanômetros de espessura de dióxido de titânio - entre um filme de ouro, com espessura de 100 nanômetros, e nanopartículas de ouro, responsáveis por melhorar a absorção.

Célula solar e fotossíntese artificial

De forma um tanto surpreendente, mais de 85% de toda a luz visível foi captada pelo fotoeletrodo, que se mostrou muito mais eficiente do que técnicas similares.

Isso ocorre porque, quando o sistema é iluminado pelo lado das nanopartículas, o filme de ouro funciona como um espelho, prendendo a luz e permitindo que o semicondutor absorva mais dela, produzindo uma corrente mais elevada.

"Nosso fotoeletrodo criou com sucesso uma nova condição na qual os plásmons e a luz visível presos na camada de óxido de titânio interagem fortemente, permitindo que a luz com uma ampla faixa de comprimentos de onda seja absorvida," disse o professor Hiroaki Misawa. "A eficiência da conversão de energia da luz é 11 vezes maior do que a dos [dispositivos] sem funções de aprisionamento da luz."

A maior eficiência também permite aplicações diretas no campo da fotossíntese artificial: os elétrons reduziram os íons de hidrogênio para hidrogênio atômico, enquanto as lacunas dos elétrons (cargas positivas) oxidaram a água para produzir oxigênio.

"Usando quantidades muito pequenas de material, este fotoeletrodo permite uma conversão eficiente da luz solar em energia renovável, contribuindo ainda mais para a realização de uma sociedade sustentável," escreveram os pesquisadores.

Bibliografia:

Enhanced water splitting under modal strong coupling conditions
Xu Shi, Kosei Ueno, Tomoya Oshikiri, Quan Sun, Keiji Sasaki, Hiroaki Misawa
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-018-0208-x

O componente do qual você nunca ouviu falar mas vai acelerar sua internet

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Este é um componente chave não apenas para a sua internet atual, mas também para a internet e a computação do futuro. [Imagem: Second Bay Studios/Harvard SEAS]

Modulador óptico

Uma equipe da Universidade Cidade de Hong Kong e da Universidade de Harvard conseguiu miniaturizar um modulador de niobato de lítio, um componente essencial para a indústria optoeletrônica e para a transmissão de dados por luz, colocando o modulador inteiro dentro de um chip.

O modulador é menor, mais eficiente, com transmissão de dados mais rápida e ainda custa menos. Segundo Cheng Wang e seus colegas, "a tecnologia está pronta para revolucionar a indústria".

Moduladores eletro-ópticos são componentes críticos nas comunicações modernas. Eles convertem os sinais eletrônicos de alta velocidade dos computadores e roteadores, em sinais ópticos, antes de transmiti-los através das redes de fibras ópticas.

Mas os moduladores de niobato de lítio existentes e comumente usados exigem uma alta voltagem de acionamento - 3 a 5V -, o que é significativamente maior do que o 1V disponível nos circuitos CMOS típicos. Isto torna necessário usar um amplificador elétrico que torna todo o componente volumoso, caro e de alto consumo de energia.

O modulador eletro-óptico miniaturizado tem menos de 2 cm de comprimento e sua área superficial é cerca de 100 vezes menor do que a área dos componentes tradicionais. Ele é também altamente eficiente, com alta velocidade de transmissão de dados, com a largura de banda de dados triplicando de 35 GHz para 100 GHz, e ainda assim com menos consumo de energia, além de perdas ópticas ultrabaixas.

A invenção abrirá caminho para futuras redes de comunicação de alta velocidade, baixa potência e econômicas, sem esquecer que o componente é adequado para diversas técnicas de computação quântica fotônica - dados guardados e processados em luz.

"No futuro, poderemos colocar o CMOS bem ao lado do modulador, para que eles possam ser mais integrados, com menos consumo de energia. O amplificador elétrico não será mais necessário," disse o professor Wang Cheng.

• Você ainda ouvirá falar de um "Vale do Niobato de Silício"

Bibliografia:

Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating at CMOS-compatible voltages
Cheng Wang, Mian Zhang, Xi Chen, Maxime Bertrand, Amirhassan Shams-Ansari, Sethumadhavan Chandrasekhar, Peter Winzer, Marko Loncar
Nature
DOI: 10.1038/s41586-018-0551-y

Dobra-te Sésamo: Metamaterial dobra sozinho e com autocorreção

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O processo funciona com a aplicação de uma força de pequena intensidade. [Imagem: Corentin Coulais et al. - 10.1038/s41586-018-0541-0]

Dobra-te Sésamo

Se você se lembra de quando se usavam mapas rodoviários de papel, certamente se lembra que parecia mais fácil encontrar o caminho sem o mapa do que descobrir uma maneira de dobrar novamente o mapa da maneira correta.

E aqueles mapas são minúsculos quando comparados a outras coisas que devem ser fabricadas, dobradas e depois serem abertas quando necessárias - painéis solares de satélites e naves espaciais, por exemplo.

Corentin Coulais, da Universidad de Amsterdam, na Holanda, descobriu agora um modo de fazer com que uma estrutura dobre-se sozinha em vários passos pré-programados, sem que ninguém precise se lembrar da sequência e sem depender dos inúmeros motores usados para desdobrar os painéis solares no espaço.

Para que a coisa toda se dobre corretamente basta aplicar uma pequena pressão nos lados.

A equipe está simplificando os protótipos para entender matematicamente o princípio de funcionamento desses materiais artificiais que se autodobram sem nunca errar. [Imagem: Corentin Coulais et al. - 10.1038/s41586-018-0541-0]

Dobragem automática com autocorreção

O protótipo de demonstração é uma placa de borracha de 10 cm de largura formada por blocos com conexões flexíveis, que os permitem girar. A ordem de dobradura é programada dando às conexões diferentes espessuras. Pressionar os lados da construção força-a a assumir uma estrutura nova e mais compacta porque alguns blocos são forçados uns contra os outros. Aplicar mais pressão leva aos próximos passos no processo de dobragem.

Este protótipo de metamaterial dobra-se em três etapas, o que é um recorde. Ele possui também um mecanismo de autocorreção embutido: Se um erro de produção resultar em uma conexão fora da formação, os blocos vizinhos girarão incorretamente. No entanto, esses blocos colidem com outros blocos que, por sua vez, os empurram para a posição correta.

"A dobragem automática e a autocorreção são importantes na indústria espacial, por exemplo, porque muita coisa pode dar errado, e erros não podem ser tolerados. Da mesma forma, se uma sonda médica ficar presa ao se dobrar, será mais difícil removê-la do corpo. Nós estamos agora tentando simular esse processo de dobramento automático e entendê-lo usando estruturas muito mais simples. Somente quando o entendermos em um nível fundamental, será possível projetar estruturas complexas com uma aplicação prática," disse o professor Martin van Hecke.

Bibliografia:

Multi-step self-guided pathways in shape-changing metamaterials
Corentin Coulais, Alberico Sabbadini, Fré Vink, Martin van Hecke
Nature
Vol.: 561, 512-515
DOI: 10.1038/s41586-018-0541-0

Gerador de vapor solar produz água limpa com quase 100% de eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O aumento de eficiência foi conseguido dobrando o material fototermal padrão conforme a técnica do origami. [Imagem: Seunghyun Hong et al. - 10.1021/acsami.8b07150]

Dessalinização solar

Mais uma vez buscando inspiração no origami, a arte japonesa de dobrar papel, pesquisadores desenvolveram um gerador de vapor solar que se aproxima de 100% de eficiência.

Geradores de vapor solar produzem água limpa capturando o calor do Sol, que é usado para evaporar a água do mar, deixando sais e outras impurezas para trás. Então, o vapor é coletado e condensado em água limpa.

Os geradores de vapor solares existentes contêm um material fototérmico plano, que produz calor a partir da luz absorvida. Embora esses dispositivos sejam bastante eficientes, eles ainda perdem energia pela dissipação de calor do material para o ar.

Peng Wang e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah, na Arábia Saudita, melhoraram a eficiência energética remontando tridimensionalmente o material fototérmico. Eles basearam sua estrutura na técnica Miura do origami, que consiste em interligar paralelogramos para formar montanhas e vales, formando uma estrutura 3D.

O gerador de vapor solar foi fabricado depositando um composto de nanocarbono - absorvedor de luz - em uma membrana de celulose que foi estruturada com a dobragem Miura.

O dispositivo 3D apresentou uma taxa de evaporação 50% maior do que um dispositivo plano padrão. Além disso, a eficiência da estrutura 3D aproximou-se de 100%, em comparação com 71% para o material 2D.

Em comparação com a superfície plana, os vales do origami captam melhor a luz do Sol, de modo que menos dela se perde por reflexão. Além disso, o calor pode fluir dos vales para as montanhas mais frias, evaporando a água ao longo do caminho, em vez de se perder no ar.

Bibliografia:

Nature-Inspired, 3D Origami Solar Steam Generator toward Near Full Utilization of Solar Energy
Seunghyun Hong, Yusuf Shi, Renyuan Li, Chenlin Zhang, Yong Jin, Peng Wang
Applied Materials and Interfaces
Vol.: 10 (34), pp 28517-28524
DOI: 10.1021/acsami.8b07150

BNDES disponibiliza R$ 2 bi para energia renovável

Com informações do BNDES 

Finame Energia Renovável

O BNDES (Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social) lançou uma linha permanente para apoiar investimentos em energias renováveis, o BNDES Finame Energia Renovável, com dotação inicial de R$ 2 bilhões.

De forma complementar, o programa Fundo Clima também teve aprovado aporte de recursos de R$ 228 milhões para novos financiamentos.

Com a linha Finame Energia Renovável, condomínios, empresas, cooperativas, produtores rurais e pessoas físicas poderão financiar, junto a bancos privados, públicos e agências de fomento, até 100% do total a ser aplicado nos equipamentos, com prazos de pagamento de até 120 meses e carência de até 24 meses.

A linha já está em operação para financiar equipamentos como sistemas de geração de energia solar de até 375 KW, de energia eólica de até 100 KW e de aquecimento de água por meio de placas coletoras solares.

Considerando o spread médio dos repassadores de crédito no BNDES Finame, a taxa final é de, aproximadamente, 1,3% ao mês para as empresas de micro, pequeno e médio portes. A partir do envio da proposta pelo agente financeiro, a aprovação da operação é feita em poucos segundos através da plataforma BNDES Online.

Os equipamentos a serem financiados devem ser novos, nacionais e cumprir requisitos de conteúdo local. Essa exigência visa a fortalecer a indústria, mão de obra e serviços nacionais; promover o fortalecimento da cadeia produtiva nacional; e facilitar a difusão e a incorporação de conhecimento técnico pela cadeia de fornecedores e seus elos.

Fundo Clima

O Finame Energia Renovável é a segunda iniciativa recente do BNDES para incentivar o investimento em energia limpa. Em junho foi lançado o Programa Fundo Clima, para financiar investimentos em sistemas fotovoltaicos, permitindo o acesso inclusive de pessoas físicas. O resultado foram cerca de R$ 80 milhões em financiamentos aprovados em menos de 2 meses.

Agora, o novo aporte de R$ 228 milhões vai possibilitar a reabertura do Fundo Clima para pedidos de financiamento. Além de sistemas fotovoltaicos, a linha pode financiar aerogeradores de pequeno porte, geradores de energia a biogás e inversores de frequência. Os financiamentos do Fundo Clima devem ser feitos junto a bancos públicos e a taxa de juros é de até 4,5% ao ano, com prazo máximo de até 12 anos.

Célula solar biogênica gera o dobro de energia mesmo com céu nublado

Redação do Site Inovação Tecnológica

O segredo da biocélula está no licopeno, a mesma substância responsável pela cor do tomate. [Imagem: S. K. Srivastava et al. - 10.1002/smll.201800729]

Célula solar biogênica

Pesquisadores descobriram uma maneira barata e sustentável de construir uma célula solar usando bactérias que convertem luz em energia - uma biocélula solar.

A biocélula gerou uma corrente mais do que o dobro mais forte do que qualquer outro dispositivo desse tipo até agora, e funcionou de forma eficiente tanto sob uma luz equivalente ao brilho do Sol, quanto sob uma penumbra mais forte do que em um dia chuvoso.

Com o desenvolvimento necessário que deverá se seguir, essas células solares - chamadas de "biogênicas", porque são feitas de organismos vivos - têm potencial para se tornar tão eficientes quanto as células fotovoltaicas usadas nos painéis solares convencionais.

Esforços anteriores para construir células solares biogênicas se concentraram na extração de um corante natural que as bactérias usam para a fotossíntese. É um processo caro e complexo, que envolve solventes tóxicos e pode causar a degradação do corante.

Sarvesh Srivastava, da Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá, decidiu deixar o corante nas bactérias.

Corante coletor de energia

Srivastava modificou geneticamente bactérias E. coli para produzir grandes quantidades de licopeno, um corante que dá aos tomates a sua cor vermelho-alaranjada e é particularmente eficaz na colheita de luz para conversão em energia. As bactérias foram revestidas com um mineral que funciona como um semicondutor e, em seguida, a mistura foi aplicada a uma superfície de vidro.

Com o vidro revestido agindo como um anodo, a célula biogênica alcançou uma densidade de corrente de 0,686 miliamperes por centímetro quadrado - uma grande melhoria em relação aos 0,362 obtidos pela melhor abordagem anterior.

"Nós registramos a mais alta densidade de corrente para uma célula solar biogênica. Esses materiais híbridos que estamos desenvolvendo podem ser fabricados econômica e sustentavelmente e, com uma otimização suficiente, podem funcionar com eficiência comparável às células solares convencionais," disse o professor Vikramaditya Yadav, coordenador da equipe.

A economia de custos é difícil de estimar, mas Yadav acredita que o processo reduz o custo da produção de corantes para cerca de um décimo em relação aos métodos atuais. O "santo graal" nesse campo, disse ele, seria encontrar um processo que não mate as bactérias, para que elas possam produzir o corante indefinidamente.

Bibliografia:

A Biogenic Photovoltaic Material
Sarvesh Kumar Srivastava, Przemyslaw Piwek, Sonal R. Ayakar, Arman Bonakdarpour, David P. Wilkinson, Vikramaditya G. Yadav
Small
Vol.: 14, Issue 26
DOI: 10.1002/smll.201800729

Produção de biocombustíveis é multiplicada com técnica simples

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Madeira submetida à desconstrução para produzir açúcares simples. [Imagem: Ydna Questell-Santiago/EPFL]

Xilose e glicose

Químicos suíços desenvolveram um método que multiplica por várias vezes o rendimento dos açúcares das plantas, melhorando a produção dos biocombustíveis, produtos químicos e outros materiais derivados da biomassa.

A produção de combustíveis e produtos químicos a partir da biomassa (cana-de-açúcar, madeira, gramíneas etc.) envolve a decomposição - ou "desconstrução" - das plantas para produzir carboidratos, principalmente na forma de açúcares simples, como xilose e glicose.

Contudo, ainda que esses açúcares sejam valiosos, os atuais processos de desconstrução das plantas acabam por degradá-los.

Ydna Santiago, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, desenvolveu um método químico que estabiliza os açúcares simples e impede que eles sejam degradados. Isto significa que os químicos não precisam mais equilibrar a decomposição vegetal, evitando a degradação do produto.

O novo método altera a suscetibilidade química dos açúcares à desidratação e à degradação acoplando aldeídos a eles. O processo é reversível, o que significa que os açúcares podem ser recuperados após a desconstrução.

De 16% para 90%

Santiago testou seu método em madeira. Primeiro, cavacos de faia foram transformados em polpa usando uma técnica de fabricação de papel chamada organosolv, que solubiliza a madeira em acetona ou etanol. Para travar os aldeídos nos açúcares, a polpa de madeira de faia foi misturada com formaldeído.

Isto permitiu recuperar mais de 90% do açúcar xilose, em oposição a apenas 16% de xilose sem formaldeído. Quando a polpa restante foi quebrada para glicose, o rendimento de carboidratos foi superior a 70%, em comparação com 28% sem formaldeído.

"Antes, as pessoas sempre procuravam sistemas caros que limitavam a degradação do açúcar. Com a estabilização, você se preocupa menos com essa degradação e isso o libera para desenvolver transformações das plantas mais baratas e mais rápidas, acelerando potencialmente o surgimento de produtos de consumo renováveis," disse o professor Jeremy Luterbacher.

Bibliografia:

Carbohydrate stabilization extends the kinetic limits of chemical polysaccharide depolymerization
Ydna M. Questell-Santiago, Raquel Zambrano-Varela, Masoud Talebi Amiri, Jeremy S. Luterbacher
Nature Chemistry
DOI: 10.1038/s41557-018-0134-4