O pesquisador segura o "tarugo" inicial de sílica, que depois é esticado a quente para formar as fibras ópticas, um processo chamado "puxamento". [Imagem: Matthew E. Potter et al. - 10.1021/acsphotonics.9b01577]
Reator de fibra óptica
Os avanços na tecnologia das fibras ópticasdesempenharam um papel crucial nas telecomunicações, no armazenamento de dados e nas redes de informática.
O que é menos difundido é que, se você recobrir essas fibras ópticas com materiais específicos - como óxido de titânio ou nanopartículas de paládio - é possível alcançar um controle sem precedentes da propagação da luz.
E, com componentes adequados, é possível adicionar catalisadores para otimizar reações químicas. Essas reações podem ocorrer no interior de fibras ópticas ocas - ou fibras ópticas multiestruturadas -, que são muito eficientes, por exemplo, transmitindo múltiplos dados em diferentes cores de luz, cada cor dentro do seu próprio canal.
Pesquisadores da Universidade de Southampton, no Reino Unido, usaram essa abordagem para transformar as fibras ópticas em microrreatores fotocatalíticos que convertem água em hidrogênio usando energia solar - o chamado hidrogênio solar é um combustível limpo por excelência.
A tecnologia inovadora reveste o interior dos microcanais das fibras ópticas microestruturadas com um fotocatalisador que - na presença da luz solar - gera hidrogênio, que pode alimentar uma ampla gama de aplicações sustentáveis.
Micrografia da estrutura interna da fibra óptica microestruturada. [Imagem: Matthew E. Potter et al. - 10.1021/acsphotonics.9b01577]
Tecnologia verde
As fibras ópticas foram especialmente projetadas para funcionarem como reatores microfluídicos de alta pressão, cada uma contendo vários capilares que executam uma reação química ao longo do comprimento do canal, de forma muito parecida com os canais microfluídicos existentes nos biochips.
Como a fibra óptica é feita de vidro (óxido de silício, ou sílica), sendo portanto transparente, coletar a luz solar é uma questão de colocá-la ao ar livre.
Além de demonstrar a escalabilidade da plataforma, a equipe agora está investigando a conversão fotoquímica de dióxido de carbono em combustível líquido.
"Ser capaz de combinar processos químicos ativados pela luz com as excelentes propriedades de propagação da luz das fibras ópticas tem um enorme potencial. Neste trabalho, o nosso fotorreator inédito apresentou melhorias significativas na atividade em comparação com os sistemas existentes. Este é um exemplo ideal de engenharia química para a tecnologia verde do século 21," disse o pesquisador Matthew Potter.
Bibliografia:
Artigo: Combining Photocatalysis and Optical Fiber Technology toward Improved Microreactor Design for Hydrogen Generation with Metallic Nanoparticles Autores: Matthew E. Potter, Daniel J. Stewart, Alice E. Oakley, Richard P. Boardman, Tom Bradley, Pier J. A. Sazio, Robert Raja Revista: Photonics Journal DOI: 10.1021/acsphotonics.9b01577
A busca pelos "culpados" pelo aquecimento global tem levado a discussões pouco científicas. [Imagem: H. Damon Matthews et al./Environmental Research Letters]
A temperatura média global já está 1 °C acima dos níveis pré-industriais e as tendências atuais de consumo de energia e emissões não estão no caminho certo para cumprir as metas do Acordo de Paris.
Mas existem meios para atingir esses objetivos.
Keramidas Kimon e um time de especialistas reunidos pela Comissão Europeia identificaram quatro dinâmicas tecnológicas no setor de energia que têm o poder de limitar o aquecimento global a menos de 2 °C se todas forem implementadas simultaneamente.
O relatório mostra que é tecnicamente possível atingir a meta de 2 °C do acordo de Paris, a um custo relativamente baixo, transformando simultaneamente quatro elementos do sistema energético.
1 - A eletrificação pode turbinar a transição energética
A eletricidade é cada vez mais produzida a partir de fontes de energia renováveis. Portanto, a eletrificação - a substituição de tecnologias que funcionam com combustíveis fósseis por alternativas que funcionam com eletricidade - desempenha um papel fundamental na transição energética.
O relatório constata que as taxas de eletrificação têm aumentado em todos os setores consumidores de energia (indústria, edifícios e transportes) e continuarão a aumentar mesmo na ausência de novas políticas climáticas mais fortes.
No entanto, é necessário um novo impulso para eletrificar os setores que mais consomem energia, a fim de acelerar a descarbonização de todo o sistema energético.
O transporte, em particular, é um dos setores cruciais que tem apresentado um grau muito baixo de eletrificação até agora, mas essa situação possivelmente irá se reverter em breve, graças ao rápido desenvolvimento de veículos elétricos e à esperada chegada de combustíveis sintéticos derivados de eletricidade.
Quando combinada com uma transição para a eletricidade renovável, a eletrificação também pode ter efeitos positivos na qualidade do ar e na saúde humana.
Alguns cientistas argumentam que o aquecimento global pode não ser causado pelo CO2. [Imagem: World Scientific, 2015]
2 - Descarbonização da geração de energia
A descarbonização da geração de energia pode ser alcançada aumentando a fatia das fontes de energia de baixo carbono, principalmente renováveis, e reduzindo o uso de combustíveis fósseis.
Com a descarbonização da geração de energia, a eletricidade se torna progressivamente um combustível de baixo carbono.
O relatório argumenta que a descarbonização total da geração de energia não apenas é tecnicamente viável, mas também é uma medida economicamente atrativa em termos de custos para combater as mudanças climáticas.
As principais tecnologias de geração de energia de baixo carbono já estão disponíveis. E com um custo de geração menor do que o das tecnologias baseadas em combustíveis fósseis em um número crescente de mercados em todo o mundo, elas também são cada vez mais competitivas.
Além da eletricidade, os cenários de 2 °C também veem a adoção mais ampla de outras fontes de energia de baixo carbono para os transportes, como os biocombustíveis líquidos, hidrogênio, e gás e combustíveis líquidos oriundos da eletrificação.
3 - Aumentando a eficiência energética
As opções de eficiência energética nos setores da construção civil, transporte e indústria ajudam a economizar energia e reduzir o consumo.
O relatório destaca que a mudança de tecnologias ineficientes de combustíveis fósseis para tecnologias elétricas mais eficientes oferece ganhos de eficiência.
Por exemplo, tecnologias elétricas, como bombas de calor em prédios e veículos elétricos, têm maior eficiência energética do que os sistemas e veículos com aquecimento tradicional.
Tudo o que puder evitar dar argumentos para a geoengenharia fará bem à Terra e à humanidade. [Imagem: Jackson K./USGS]
4 - Mobilizar novas opções para integrar e armazenar energia verde
O relatório também pede a mobilização de novas soluções que permitam a expansão de tecnologias de energia renovável, algumas das quais são intermitentes por natureza.
Por exemplo, soluções estacionárias de armazenamento de energia podem ser usadas para aumentar a participação de fontes renováveis no mix de energia e estabilizar a rede elétrica.
Qual é o custo?
O estudo mostra que é tecnicamente possível fazer a transição para a energia limpa e atingir a meta de 2 °C a um custo relativamente pequeno, ao mesmo tempo em que benefícios são gerados, como melhorias na qualidade do ar e redução nos impactos econômicos da própria mudança climática.
Os autores estimam que o custo nas próximas décadas aumentaria 0,03% do PIB anualmente, o que significa que a economia global ainda mais que dobraria até 2050.
O relatório também enfatiza que melhores condições facilitadoras da eletrificação podem desempenhar um papel significativo na redução dos custos macroeconômicos.
Bibliografia:
Artigo: Electrification for the low-carbon transition Autores: Keramidas Kimon, Diaz Vazquez Ana, Weitzel Matthias, Vandyck Toon, Tamba Marie, Tchung-Ming Stephane, Soria Ramirez Antonio, Krause Jette, Van Dingenen Rita, Chai Qimin, Fu Sha, Wen Xinyuan DOI: 10.2760/350805 Link: http://dx.doi.org/10.2760/350805
Pesquisadores da Universidade de Massachusetts em Amherst (EUA) desenvolveram um dispositivo chamado de “Air-gen” que pode gerar eletricidade usando basicamente nada.
A tecnologia é baseada no fenômeno natural de uma bactéria capaz de criar eletricidade com nada além da presença de ar ao seu redor.
“Estamos literalmente produzindo eletricidade do nada. O Air-gen gera energia limpa 24 horas por dia”, disse o engenheiro elétrico Jun Yao.
Geobactersulfurreducens
A bactéria, Geobactersulfurreducens, foi descoberta décadas atrás nas margens barrentas do rio Potomac, nos EUA. Os cientistas logo notaram que ela tinha a habilidade de produzir magnetita na ausência de oxigênio.
Mais tarde, descobriram que o organismo notável também podia produzir outras coisas, como nanofios que conduziam eletricidade.
E é graças a esses nanofios de proteínas eletricamente condutivos da G. sulfurreducens que os pesquisadores conseguiram criar seu gerador movido a ar.
Como funciona
O Air-gen consiste em um filme fino de nanofios medindo apenas 7 micrômetros de espessura, posicionado entre dois eletrodos e exposto ao ar.
Devido à exposição ao ar, o filme é capaz de adsorver (sim, com “d” – adsorver significa a adesão de moléculas de um fluido a uma superfície sólida) vapor de água a partir da atmosfera, o que por sua vez permite que o dispositivo gere uma corrente elétrica contínua entre os dois eletrodos.
A carga é provavelmente criada pela umidade atmosférica. Segundo os pesquisadores, a manutenção do gradiente de umidade, que é fundamentalmente diferente de qualquer coisa vista em sistemas anteriores, explica a saída contínua de tensão do dispositivo de nanofios.
“Descobri que a exposição à umidade atmosférica era essencial e que os nanofios de proteínas absorviam água, produzindo um gradiente de voltagem no dispositivo”, explicou Yao.
Aplicações
Em estudos anteriores, pesquisadores geraram energia hidrovoltaica usando outros tipos de nanomateriais como o grafeno, mas estas tentativas produziram apenas rajadas curtas de eletricidade, de cerca de alguns segundos.
Já o Air-gen produz uma tensão sustentada de cerca de 0,5 volts, com uma densidade de corrente de cerca de 17 microamperes por centímetro quadrado.
Não é muito, mas diversos dispositivos conectados poderiam gerar energia suficiente para carregar coisas como celulares e outros eletrônicos de uso pessoal, necessitando de nada além de umidade ambiente – e isso até mesmo em regiões secas como o deserto do Saara.
“O objetivo é criar sistemas em larga escala. Quando chegarmos a uma escala industrial para a produção de nanofios, espero que possamos fazer grandes sistemas que darão uma grande contribuição à produção sustentável de energia”, afirmou Yao, acrescentando que futuros esforços poderiam usar a tecnologia para alimentar casas via nanofios incorporados na pintura de paredes.
Por enquanto, uma das limitações da tecnologia é a quantidade de nanofios que a G. sulfurreducens é capaz de produzir.
Os cientistas já estão tentando resolver esta questão, contudo. O microbiologista Derek Lovely, que identificou a bactéria pela primeira vez nos anos 1980, está conduzindo uma pesquisa na qual modifica geneticamente organismos como o E. coli para desempenhar a mesma tarefa de forma massiva.
“Transformamos o E. coli em uma fábrica de nanofios de proteínas. Com este novo processo escalável, o fornecimento de nanofios não será mais um gargalo para o desenvolvimento dessas aplicações”, afirma Lovley.
Um artigo sobre o estudo foi publicado na revista científica Nature
Com o avanço da pandemia do novo coronavírus, o mundo está quase inteiramente voltado para essa tragédia global que já causou, até esta quarta-feira (15/04), mais de 120 mil mortes.
Mas isso não significa que o planeta parou, em especial, o mundo da ciência, que segue fazendo descobertas importantes em outras áreas.
Reunimos a seguir cinco descobertas fascinantes, das quais você talvez não tenha ouvido falar, mas que representam avanços importantes em diferentes campos do conhecimento científico desde dezembro.
1. A prova da existência de uma partícula que pode revolucionar a computação
Lembra-se do Grande Colisor de Hádrons, construído em Genebra, na Suíça? Agora imagine algo assim, mas do tamanho do diâmetro de um cabelo humano, projetado por um grupo de pesquisadores para fazer um experimento único, reportado pela revista Science.
"Nosso estudo prova pela primeira vez a existência de partículas chamadas anyons", diz um dos autores do estudo, o físico Manohar Kumar.
Direito de imagemImage captionPor meio de uma experimento único, cientistas comprovaram a existência de partículas conhecidas como anyons
Anyons são um tipo de quasipartículas, que são partículas capazes de viajar em estado sólido cercadas por outras partículas que se arrastam à medida que se movem.
No nosso "mundo comum" em 3D, explica Kumar, há dois tipos de partículas: férmions e bósons. Mas os anyons pertencem ao mundo da física 2D, ou seja, seus ambientes são sistemas bidimensionais.
"Existem fenômenos onde as condições físicas literalmente fazem tudo acontecer em 2D. Os físicos costumam dizer que uma das dimensões congela. Assim, embora nosso espaço diário seja 3D, a física de certos fenômenos é realmente restrita ao universo 2D ", explica o blog científico Quantum Tales.
Na Finlândia, a Universidade de Aalto, na qual Kumar trabalha, destacou o trabalho dos cientistas por ser "o primeiro a medir diretamente as propriedades quânticas de anyons, que são consideradas partículas exóticas.
Direito de imagemImage caption'Trabalhamos duro nos últimos anos para fazer esse experimento', diz o físico Manohar Kumar
Elaborados teoricamente em 1977, "os anyons foram alvos de experimentos, mas a verdadeira natureza quântica dessas partículas era desconhcida até agora", diz a instituição.
Gwendal Féve, líder do grupo de pesquisadores (do Laboratório de Física da Escola Normal Superior de París), diz que "a prova definitiva da existência dos anyons é demonstrar que se comportam como algo que está no meio do caminho entre um férmion e um bóson, e é isso que conseguimos mostrar pla primeira vez com esse experimento".
Os estudos sobre essas partículas são um avanço importante para a física e para o desenvolvimento de tecnologias futuras, como a computação quântica, que promete revolucionar computadores usando a mecânica quântica para resolver problemas milhões de vezes mais rápido do que as máquinas atuais.
2. Uma vacina contra uma doença que mata dezenas de milhares todos os anos
Em 28 de fevereiro, a Universidade de Navarra, na Espanha, anunciou que um de seus pesquisadores havia desenvolvido uma vacina contra shigelose ou disenteria bacteriana, uma infecção que causa diarreia, dor de estômago e febre e, nos casos mais graves, leva à morte.
Direito de imagemImage captionEm lugares onde o acesso à água limpa é limitado, a disenteria bacteriana é um problema sério, especialmente para crianças
De acordo com o Centro de Controle e Prevenção de Doenças dos Estados Unidos (CDC, na sigla em inglês), há entre 80 e 165 milhões de casos em todo o mundo a cada ano e 600 mil óbitos.
"Shigelose é um problema global de saúde pública para o qual uma vacina ainda não está disponível, apesar do fato de a Organização Mundial de Saúde considerar uma prioridade", disse Carlos Gamazo, diretor do Departamento de Microbiologia da Universidade de Navarra.
A doença, transmitida principalmente pelo consumo de água e alimentos contaminados, afeta drasticamente as crianças em países em desenvolvimento.
"O maior benefício seria alcançado com a introdução de uma vacina de baixo custo que requer apenas uma dose única. O grupo de Yadira Pastor (cientista que liderou a investigação) trabalha para obter essa vacina de administração única e 'sem agulhas', com os níveis esperados de proteção ", afirma Gamazo.
Direito de imagemImage captionA bioquímica Yadira Pastor está desenvolvendo uma vacina para ajudar a combater a shigelose
Segundo Pastor, o projeto foi testado em camundongos "para verificar a eficácia e a toxicidade deste produto, com resultados muito promissores".
Além disso, "diferentes vias de administração foram estudadas para substituir a via parenteral (intravenal)", explica a bioquímica. O objetivo é facilitar a vacinação em massa e reduzir o uso de resíduos biológicos. Para isso, a pesquisadora criou géis imunoestimulantes para administração via nariz ou microadesivos, para a via intradérmica.
"Ambas as vias tiveram resultados muito promissores em camundongos que, após serem vacinados pelas duas vias, ficaram protegidos contra a infecção pela bactéria shigella", diz Pastor.
Para tornar essa vacina uma realidade, será preciso confirmar sua eficácia em outros animais e só então será possível partir para testes de que ela é segura e funciona em humanos, explicou a pesquisadora.
Direito de imagemImage captionPastor criou micro-adesivos para aplicar a vacina
3. A vida selvagem prospera na zona do acidentes nuclear de Fukushima
Em 11 de março de 2011, um violento tsunami sacudiu a costa leste do Japão e causou danos à usina nuclear de Fukushima.
Grandes quantidades de material radioativo foram liberadas no meio ambiente e causaram o pior acidente nuclear desde o desastre de Chernobyl, em 1986. Mais de 100 mil pessoas foram evacuadas.
Direito de imagemImage captionUma raposa vermelha olha para uma das 106 câmeras que foram colocadas para estudar uma grande área
Em janeiro, a revista especializada Frontiers in Ecology and Environment publicou um estudo mostrando como, apesar da contaminação radioativa, a vida selvagem voltou a prosperar nessa área. Os cientistas descobriram populações abundantes de animais nas áreas que foram atingidas.
Um dos líderes da pesquisa, o biólogo James Beasley, explica que o estudo, realizado entre 2016 e 2017, coletou, com câmeras colocadas em 106 lugares, mais de 267 mil imagens de 20 espécies de animais selvagens.
Esta é, diz Beasley, "a primeira avaliação em larga escala das comunidades de mamíferos em Fukushima" e o primeiro estudo das populações de vida silvestre na área levando em consideração a situação peculiar da baixa presença humana.
Direito de imagemImage captionDois macacos em uma área de Fukushima que foi atingida pelo acidente nuclear e permanece desabitada
Ele afirma que Chernobyl e Fukushima foram enormes tragédias para a humanidade, que, agora, 'representam importantes laboratórios em que estudos podem ser realizados para entender os efeitos da exposição crônica à radiação em plantas e animais".
O especialista acredita que "o fato de a vida selvagem estar se saindo bem nos territórios evacuados em torno de Chernobyl e Fukushima é um testemunho da resistência da vida selvagem quando não há pressão humana direta, como a perda e fragmentação de seu habitat".
Direito de imagemImage captionAção humana pode ser pior do que radiação para a vida selvagem, diz pesquisador
E é um sinal de que as zonas de exclusão podem abrigar "populações abundantes e autossuficientes" de várias espécies. "Mas é importante observar que isso não sugere que a radiação seja boa para a vida selvagem, sabemos que altos níveis de exposição aguda à radiação podem causar danos genéticos", diz o cientista.
"Mas ela mostra que os efeitos das atividades humanas cotidianas são piores para muitas espécies da vida selvagem do que quaisquer efeitos potenciais da radiação."
Beasley indica que ainda há muito a ser conhecido sobre o impacto dos acidentes nucleares de Chernobyl e Fukushima nos animais, incluindo por meio de análises individuais.
Direito de imagemImage captionEste serau japonês é uma das 20 espécies que Beasley e sua equipe conseguiram detectar na área
E ele destaca que, "embora a vida selvagem pareça se beneficiar da criação dessas novas áreas, muita gente foi afetada" pelos dois desastres.
Apesar disso, ele se sente um pouco otimista em relação a um desafio global: "Ainda há tempo para conservar muitos animais ameaçados e em perigo de extinção em todo o mundo, desde que possamos lhes proporcionar um habitat suficiente".
4. Os segredos genéticos da massa cinzenta
Em março, a Universidade da Carolina do Norte, nos EUA, anunciou que "havia sido produzido o primeiro mapa genético do córtex cerebral, no qual foram identificadas mais de 300 variantes genéticas que influenciam a estrutura cortical" e, em alguns casos, distúrbios psiquiátricos e neurológicos.
Direito de imagemImage captionMais de 360 cientistas de vários países contribuíram para o estudo de 'uma parte muito importante do cérebro'
O córtex é a camada de massa cinzenta que recobre o cérebro; é essencial para o pensamento, processamento de informações, memória e atenção.
Um dos coautores da pesquisa, Jason Stein, professor do Departamento de Genética e Neurociência, explica que o estudo identificou como as diferenças genéticas das pessoas afetam a estrutura de seus cérebros.
"Focamos especificamente no córtex, que, em comparação com o de outros primatas, se expande acentuadamente nos seres humanos. Acredita-se que esse prolongamento leve a um melhor desenvolvimento cognitivo e comportamento social. Portanto, é uma parte muito importante do cérebro", diz Stein.
Para analisar a estrutura do cérebro, os pesquisadores estudaram exames de ressonância magnética do cérebro de 50 mil pessoas e se concentraram no tamanho e espessura da superfície. Além disso, recolheram amostras de DNA dos participantes para entender suas diferenças genéticas..
"Identificamos centenas de lugares em que variações do genoma têm impacto na estrutura cortical, no tamanho e na espessura do córtex. Curiosamente, essas diferenças foram encontradas em locais do genoma ativos durante o desenvolvimento inicial do cérebro, antes do nascimento, em um tipo de célula chamada célula progenitora neural", afirma Stein.
"Essas células produzem quase todos os neurônios do córtex, mas só estão presentes antes do nascimento. Isso significa que as variantes genéticas influenciam as células progenitoras antes do nascimento para causar alterações no número de células produzidas e no tamanho do cérebro após o nascimento. Isso é realmente interessante, porque significa que a genética pode mudar nossa estrutura cerebral adulta."
Essas descobertas são importantes porque podem ser usadas em diferentes campos da neurociência e ajudar a determinar, por exemplo, quais variantes genéticas afetam a estrutura do cérebro e a tornam mais suscetível ao desenvolvimento de certos tipos de distúrbios, como esquizofrenia, transtorno bipolar ou depressão.
A pesquisa foi realizada graças ao trabalho de mais de 360 cientistas de vários centros em todo o mundo. Stein esclarece que não é a primeira vez que se busca identificar variantes genéticas que afetam a estrutura do cérebro. Mas "é a maior e mais abrangente análise do impacto das variantes genéticas na estrutura cortical produzida até hoje".
5. Como o sistema nervoso detecta salmonellas e nos defende
Em dezembro, a Faculdade de Medicina da Universidade Harvard informou que um estudo em ratos mostrou como o sistema nervoso não apenas detecta salmonella, mas "defendeu ativamente o corpo" contra a ameaça.
Direito de imagemImage captionGeralmente, a salmonela é encontrada no intestino de animais e pessoas e é liberada pelas fezes
Segundo a instituição americana, a pesquisa, publicada na revista especializada Cell, descobriu que os nervos no intestino dos ratos percebiam a presença da bactéria - a principal causa de intoxicação alimentar no mundo - e formavam "duas linhas de defesa".
"Nossos resultados mostram que o sistema nervoso não é apenas um sistema simples de detecção e alerta. Descobrimos que as células nervosas no intestino vão além. Elas regulam a imunidade intestinal, mantêm a homeostase intestinal e fornecem proteção ativa contra infecções", disse o líder do estudo, Isaac Chiu.
O trabalho aponta que o intestino delgado possui neurônios sensíveis à dor, que também estão localizados sob células chamadas placas de Peyer. Os experimentos revelaram que esses neurônios são ativados na presença de salmonella, que, segundo os pesquisadores, é a causa de 25% das doenças bacterianas diarreicas no mundo.
A infecção geralmente ocorre quando você come comida ou água contaminada com a bactéria. "Uma vez ativados, os nervos usam duas táticas defensivas para impedir que as bactérias infectem o intestino e se espalhem pelo resto do corpo", diz a universidade.
A primeira tática é regular os acessos celulares através dos quais os micro-organismos entram e saem do intestino. E a segunda é aumentar o número de micróbios intestinais protetores, que fazem parte do microbioma do intestino delgado.
"Está ficando cada vez mais claro que o sistema nervoso interage diretamente com organismos infecciosos de diferentes maneiras para influenciar a imunidade", disse o professor de imunologia, no artigo da Universidade Harvard.
Segundo uma das autoras do estudo, Nicole Lai, os resultados demonstram uma comunicação importante entre o sistema nervoso e o sistema imunológico: "É claramente uma via de mão dupla com os dois sistemas enviando mensagens e influenciando-se mutuamente para regular as respostas de proteção durante a infecção".
E a razão é que o intestino geralmente é chamado de segundo cérebro. De fato, possui mais neurônios do que a coluna vertebral e age independentemente do sistema nervoso central.
