Engenheira da Quênia criou tijolos a partir de plástico reciclado 7 vezes mais resistente que o concreto

 Pelo site Engenharia É

Nzambi Matee recebeu um prêmio das Nações Unidas pela criação de startup que recicla plástico na fabricação de tijolos. Foto: Reprodução YouTube | UN Environment Programme

Adeterminação, conhecimento e a força de vontade de transformar vidas, estão dando a engenheira queniana um oportunidade de eliminar a poluição plástica e a dar uma nova oportunidade para mais de 100 pessoas.

Nzambi Matee pesquisou maneiras de reaproveitar o plástico que ela via poluindo Nairóbi,  capital do Quênia onde ela vive.

Nzambi é engenheira de materiais e criou tijolos feitos de resíduos plásticos e areia que são até 7 vezes mais resistente que o concreto. Ela também desenvolveu todo o maquinário usado na fabricação dos tijolos e fundou a Gjenge Makers, startup que reaproveita resíduos que antes poluíam leitos de rios.

Os resíduos são trazidos de empresas que iriam descartar plástico de polietileno de baixa e alta densidade. O material, no entanto, é levado a fornos de altas temperaturas e depois de aquecido, o polímero é misturado com areia e esta mistura é moldada com uma máquina hidráulica, produzindo uma variedade de tijolos usados para pavimentação.

“Usamos resíduos plásticos que não poderiam ser reciclados ou até mesmo processados”, comenta a engenheira. Os tijolos vêm em diferentes espessuras, cores e formatos e são vendidos por cerca de US$ 7,7 por metro quadrado.

Até o momento, a startup já empregou mais de 110 pessoas e atingiu a capacidade de produzir até 1,5 mil tijolos por dia. Desde que começou a funcionar, em 2018, a empresa já reciclou mais de 20 toneladas de plástico.

Com o seu trabalho Nzambi recebeu o prêmio Jovem Campeã da Terra de 2020, para a África. O reconhecimento é feito pelo Programa Ambiental das Nações Unidas.

Neste vídeo (em inglês), é possível conhecer melhor a história e a personalidade da engenheira:

https://youtu.be/QbZKP4UAtL8

Será construído na Arábia Saudita o maior prédio do mundo; 1008 metros de altura

 Pelo site Engenharia É

OJeddah Tower promete ser mais alto que o atual maior prédio do mundo: Burj Khalifa, com seus 828m. Sua previsão de inauguração era no final de 2020, mas a pandemia e questões técnicas atrasaram a execução do projeto.

Seu projeto ao todo irá consumir mais de 500 mil m³ de concreto e 80 mil toneladas de aço, terá como custo estimado US$ 1,23 bilhão, cerca de R$ 6 bilhões na cotação atual.

Terá mais de 200 andares e será um feito projetos de engenharia e arquitetura inédito, uma vez que para edifícios dessa altura, os projetos e materiais tradicionais não atendem. Por exemplo, a carga do vento, que para resistir foi necessário fazer o design do prédio mudar ao longo dos andares, para permitir que o vento circule pelo prédio e não o colapse.

Sua edificação está sendo no deserto da 2ª maior cidade da Arábia Saudita, a cidade de Jeddah e foi planejado para suportar tempestades de areia, ventos e outras situações existentes no deserto.

Contará no interior da torre 12 escadas rolantes e 59 elevadores sendo que alguns terão velocidade acima de 60 km/hora.

O diretor do escritório Thornton Tomasetti, Robert Sinn – responsável pelo projeto estrutural do prédio -, confirma que atualmente é impossível estabelecer uma data para a conclusão da obra.

O Jeddah Tower foi projetado para ter 1008 metros de altura.

Comparação aos demais maiores prédios do mundo.

Buracos negros: essas ideias "malucas" desafiam o que sabemos sobre o universo

Pelo Canaltech

Em sua célebre tese de doutorado, Stephen Hawking diz que, “uma das maiores fraquezas da teoria de Einstein” é que, embora seja poderosa, permite muitas soluções diferentes para suas equações. Percebemos isso facilmente quando nos deparamos com inúmeras propostas que tentam explicar problemas como os buracos negros. Muitas delas funcionam na matemática, mas isso não significa que sejam verdade no universo real.

O próprio Albert Einstein contribuiu para excentricidades quando ainda se debatia modelos cosmológicos do universo. A ideia do universo estacionário (hipóteses de que o universo sempre existiu, ao contrário da teoria do Big Bang) eterno, imóvel e sem expansão estava tão arraigada que, quando os cálculos originais de Einstein sugeriram que isso era improvável, ele acrescentou uma "constante cosmológica" para manter o cosmos estático.

Isso pode ter ajudado a tornar a Relatividade Geral um pouco mais “palatável” para a vertente mais conservadora da comunidade científica, mas tempos depois Einstein chamou sua “constante cosmológica” de "maior asneira", e a considerou um de seus maiores erros. Hoje, sabemos que o universo está em expansão, e que há 13,7 bilhões de anos ele estava compactado. Mas ainda não há muito consenso sobre os buracos negros, pois a Relatividade Geral ainda permite muita “gambiarra matemática”, por assim dizer.

Bem, isso não é exatamente ruim — é positivo que apareçam sempre novas ideias. Às vezes, é preciso forçar os limites da imaginação, já que não podemos ir pessoalmente até a beirada de um buraco negro (e, se pudéssemos, provavelmente não voltaríamos para contar a história). Isso nos leva a algumas ideias bem excêntricas sobre os buracos negros.

O universo doppelganger ao avesso

O eixo horizontal representa o espaço, o vertical representa o tempo. 

A singularidade no buraco negro está sempre no futuro, enquanto no buraco branco está sempre no passado
(Imagem: Reprodução/TimothyRias/Wikimedia Commons)

Einstein e outros proponentes da mecânica quântica pensavam que os buracos negros poderiam ser a chave para resolver todo o problema da nossa falta de compreensão do universo. Isso não apenas não ocorreu, como também ficamos com um novo problema para resolver: conciliar a Relatividade Geral com a mecânica quântica, até hoje inconciliáveis.

Apesar disso, algumas propostas são muito divertidas, isto é, se não forem verdade, ao menos são possibilidades fascinantes de se imaginar. Por exemplo, alguns físicos teóricos afirmam que nosso universo pode ter um “clone”, só que às avessas — cheios de buracos brancos e estrelas negras.

Teoricamente, os buracos negros possuem uma singularidade, um ponto de densidade infinita. Isso também significa que ele cria uma deformidade tal no espaço-tempo que é impossível chegar no centro do buraco negro. Em outras palavras, a singularidade está eternamente no futuro, inalcançável. Qualquer coisa cairia para sempre. É claro que quase nem vale a pena colocar isso nos cálculos matemáticos, e é por isso que a maioria dos cientistas diz que buracos negros astrofísicos (reais) não possuem singularidade.

Mas… e se houver uma singularidade? O que ela seria, exatamente? É nesse desafio que muitos teóricos às vezes se divertem, seja usando as fórmulas da Relatividade Geral, seja usando alguma outra teoria alternativa, como a Teoria das Cordas. Para alguns, a singularidade poderia perfeitamente ser um buraco branco, um tipo de objeto hipotético que, em vez de engolir matéria, vomita qualquer coisa. Ou seja, buracos brancos estão sempre no passado.

Um buraco branco seria infinitamente sem densidade, sem massa e, portanto, teria uma força igual e contrária à de um buraco negro. Em outras palavras, um buraco branco teria força de repelir qualquer matéria que se aproxime, então também é impossível chegar ao fim desse lugar. Mas a parte realmente estranha é que os buracos brancos estejam do outro lado dos buracos negros, vomitando toda a matéria engolida por eles.

Então, o que haveria do lado de fora de um buraco branco? É difícil afirmar com muita convicção que eles estão por aí, universo afora, esperando para serem encontrados pelos maiores telescópios disponíveis, porque simplesmente não há nenhuma evidência de que eles podem mesmo existir. Os buracos negros, por sua vez, distorcem a luz a seu redor, emitem radiação e já foram até mesmo fotografados, mas nem sinal dos buracos brancos.

Uma hipótese para explicar a ausência dos buracos brancos é que eles levam a outro universo, oposto ao nosso. Lá, não existem buracos negros ou estrelas, apenas buracos brancos e estrelas negras. Se isso for real, talvez nosso universo esteja se expandindo até as bordas onde o “universo branco” permite. Talvez os buracos brancos funcionem como “drenagem” que impedem que a matéria visível e matéria escura que conhecemos “vaze” para o “outro cosmos”. Então, o universo branco poderia ser brilhante, pontilhado com estrelas e galáxias negras que, no fim de suas vidas, se transformam em buracos brancos.

Universo cíclico

(Imagem: Reprodução/Jeffrey O. Bennett/Megan O. Donahue/N. Schneider/M. Voit/The Cosmic Perspective)

Ainda não sabemos o que deu exatamente origem ao Big Bang, mas alguns pesquisadores levam a sério a ideia de que ele foi, literalmente, uma singularidade — um objeto com densidade infinita. Também teria um ingrediente especial: a misteriosa energia escura, responsável pela expansão acelerada do nosso universo. Isso explicaria porque essa singularidade decidiu, de repente, cuspir energia para formar nosso universo.

Mas isso ainda não explica de onde veio essa singularidade, por isso há hipóteses de que ela tenha sido um buraco negro gigantesco que se formou em um outro universo. Esse cosmos anterior poderia ser parte de um multiverso, ou simplesmente um universo exatamente igual ao nosso, que um dia decidiu colapsar de volta em um Big Crunch. Por sinal, há a possibilidade de que o nosso próprio universo atual pare de se expandir e comece a encolher, até voltar à singularidade.

Bem, se isso for verdade, talvez seja sensato considerar as chances de nosso cosmos viver um eterno processo de expansão e compressão, entre Big Bangs e Big Crunchs infinitos. Por que não? Se de repente a energia escura deixar de fazer o espaço-tempo expandir, é muito possível que a gravidade eventualmente faça os grandes aglomerados de galáxias se aglutinarem até que toda a matéria colapse em um buraco negro.

Do outro lado do Big Bang

(Imagem: Reprodução/NASA/ESA/A. Riess)

Se toda essa história de sucessivos Big Bangs e Big Crunchs não lhe convence, talvez a ideia de um multiverso seja mais atraente. Lembra que um universo branco teria buracos brancos, capazes de cuspir qualquer coisa? Baseado nessa ideia, alguns cientistas cogitam que o Big Bang seria, na verdade, um buraco branco que vomitou coisas que entraram pelo buraco negro de um universo paralelo ao nosso.

Nessa proposta ousada, todos os universos existentes seriam similares e teriam buracos negros e buracos brancos. Se os buracos negros estão sugando tudo o que chega perto deles em um universo, esta matéria poderia ser derramada em outro. Isso tem implicações nas leis que regem o nosso próprio cosmos, como a entropia. Se a matéria do Big Bang for algo que um buraco negro de outro universo engoliu, o que aconteceu com a informação dessa matéria? Será que ela se perdeu ou foi mantida? E se ela foi mantida, será que podemos recriar um modelo do universo paralelo? A entropia sugere que sim.

Nesse caso, como sugere Nikodem Poplawski, um físico teórico da Universidade de New Haven, poderíamos propor que a energia escura que causa a expansão do nosso universo é, na verdade, a força com que o buraco branco vomitou a nossa matéria. Ele descreveu buracos negros como um “forno” do universo. Isso então forneceria um cenário em que o interior de cada buraco negro, do outro lado da singularidade, tem o potencial de gerar um novo universo.

Quanta energia renovável há disponível na Terra?

Com informações do Empa

Toda a energia da Terra é, em última instância, irradiada para o espaço - é por isso que há tanto interesse no chamado resfriamento radiativo, ou refrigeração passiva.
[Imagem: NASA]

Fluxos de materiais e fluxos de energia

Que a Terra tem seus limites em termos de energia, é algo sobre o que já temos uma noção muito firme.

É por isso que governos e instituições em todo o mundo estão defendendo o conceito de economia circular. Ao fechar os ciclos dos materiais, os impactos ambientais associados à extração de matérias-primas podem ser evitados e o problema dos resíduos pode ser resolvido em grande medida.

Essa abordagem, no entanto, não é por si só suficiente para construir uma sociedade sustentável, uma vez que deixa em aberto a questão de quanto e com que rapidez os materiais podem ser reciclados e quanta energia é usada para alimentar esses ciclos.

Afinal, em uma sociedade verdadeiramente sustentável, não apenas os fluxos de materiais, mas também os fluxos de energia devem permanecer dentro dos limites estabelecidos pelo nosso planeta.

A questão-chave é, portanto: Há energia renovável suficiente disponível na Terra para gerenciar de forma sustentável os fluxos de materiais sem violar os limites planetários?

Esta questão está sendo investigada por uma equipe liderada pelo professor Harald Desing, do Laboratório de Tecnologia e Sociedade, ligado ao EMPA, na Suíça.

Esquema para quantificação do estoque de energia renovável da Terra.
[Imagem: Harald Desing et al. - 10.3390/en12244723]

Energia limpa sem limites?

Se olharmos para a Terra como um sistema, ela só troca energia com o espaço. De longe, a maior parte da energia trazida para o sistema terrestre é a radiação solar, complementada por pequenas contribuições do movimento planetário e da energia geotérmica. Esses fluxos de energia sempre foram usados inteiramente pela própria Terra, alimentando seus vários subsistemas, como os oceanos, a atmosfera e as florestas, bem como a geração das superfícies de gelo reflexivas.

A maioria desses subsistemas converte a energia recebida em fluxos de energia renováveis adicionais, por exemplo, as correntes de vento e água ou a produção de biomassa. Nessas conversões, a energia livre, chamada exergia, é extraída dos fluxos de energia que chegam.

À medida que a humanidade desvia cada vez mais fluxos de energia renovável para suas atividades, as partes disponíveis para o sistema terrestre são reduzidas. O sistema terrestre pode compensar esses desvios até certo ponto. No entanto, se eles forem muito grandes, aumenta o risco de ultrapassar os chamados "pontos de inflexão". Isso resultaria em mudanças rápidas e irreversíveis no sistema terrestre, como o derretimento das calotas polares, o que por sua vez aceleraria as mudanças climáticas.

A fim de não exceder esses pontos de inflexão, a área de terra ocupada pela tecnosfera não deve exceder um determinado limite planetário - que não sabemos ainda qual é. Contudo, além da escala, a forma como a terra é usada também é crucial: Usinas de energia solar, em vez de florestas, por exemplo - é apenas um exemplo, já que não há propostas de derrubar florestas para instalar painéis solares - atrapalhariam a biodiversidade, a evaporação e, portanto, o ciclo da água, a irradiação de calor de volta ao espaço e muito mais.

Esses limites máximos para ocupação da terra não se aplicam apenas ao uso direto da energia solar, mas também à colheita da chamada energia química - isto é, à agricultura e silvicultura, que produzem alimentos e forragens, materiais de aquecimento, combustíveis e materiais de construção. Aqui, a produção de energia para uso humano, incluindo os biocombustíveis, já compete com a produção de alimentos em muitas áreas.

Há muita energia na Terra, mas apenas uma parte pequena dela pode ser desviada da manutenção do próprio sistema planetário.
[Imagem: Harald Desing et al. - 10.3390/en12244723]

Eletricidade como moeda universal

Para poder comparar ou somar os diversos potenciais de energias renováveis, os pesquisadores os converteram em equivalentes de energia elétrica.

Para fazer essa conversão, foram levadas em consideração as eficiências das tecnologias das usinas disponíveis hoje, já que faz diferença se a eletricidade é gerada a partir de energia solar, queima de madeira ou carvão ou energia hidrelétrica. Essas perdas de conversão reduzem a possível colheita de alguns potenciais de forma significativa.

O resultado do estudo é surpreendente: 99,96% da energia que chega à Terra vinda do espaço é necessária para alimentar o próprio sistema terrestre e a produção de alimentos - portanto, apenas 0,04% pode ser usado tecnicamente.

Embora pareça pouco, esse potencial ainda é cerca de dez vezes maior do que a demanda global de energia de hoje.

Um outro resultado, por outro lado, não é surpreendente quando olhamos para as perdas de conversão: Devemos preferir colher e usar a energia disponível por meio da conversão direta da energia solar. Afinal, quase todos os recursos de energia renovável - incluindo eólica, hidrelétrica e produção de biomassa - são, em última análise, movidos a energia solar. O uso direto de energia solar, portanto, significa menos etapas de conversão e, desta forma, menos perdas.

Outra tecnologia em desenvolvimento a ser considerada em futuros estudos inclui as células termovoltaicas, que geram eletricidade à noite aproveitando o frio do espaço.
[Imagem: Masashi Ono]

Fotovoltaicos em todas as superfícies feitas pelo homem

Grande parte da energia do Sol poderia ser colhida de uma pequena porção dos desertos da Terra, mas isso é técnica e logisticamente problemático.

Assim, a equipe propõe que a energia solar deve ser colhida em superfícies já "tampadas" em todo o mundo, o que inclui telhados e fachadas, mas também estradas, ferrovias e estacionamentos. Essa área seria suficiente para alimentar uma sociedade global com o consumo de energia dos países desenvolvidos.

No entanto, se o interesse for elevar a demanda global de energia ao nível da demanda per capita atual na Suíça, será necessário usar áreas desérticas. Todos os outros potenciais de energia (por exemplo, eólico ou biomassa) são ordens de magnitude menores do que o uso direto de energia solar - e alguns recursos já estão sendo usados em demasia. No entanto, eles podem desempenhar um papel significativo localmente, especialmente porque podem reduzir a necessidade de capacidade de armazenamento de energia, um problema que não foi considerado neste estudo - a coleta de energia solar pela tecnologia fotovoltaica é ótima para o dia, mas não funciona à noite.

Então o caminho para uma sociedade sustentável em termos energéticos é tão simples quanto construir usinas solares em massa? Não é tão simples, é claro.

A equipe analisou apenas a primeira etapa - calcular o potencial de energia disponível. A quantidade real de energia disponível será menor: Os fatores limitantes incluem a disponibilidade de matérias-primas, mas também capital humano e financeiro, impactos ambientais durante a extração ou produção de matérias-primas, operação e descarte das usinas e a necessidade de infraestrutura adicional para distribuição e armazenamento de energia.

Os pesquisadores estão analisando agora como pode ser esse caminho para nos levar de uma sociedade baseada em combustíveis fósseis para uma sociedade solar. O sistema de energia solar não deve apenas ser grande o suficiente para atender à demanda global, mas também deve ser capaz de substituir o sistema de combustível fóssil com rapidez suficiente para evitar a catástrofe climática a tempo, adiantam eles.

Bibliografia:

Artigo: Powering a Sustainable and Circular Economy-An Engineering Approach to Estimating Renewable Energy Potentials within Earth System Boundaries
Autores: Harald Desing, Rolf Widmer, Didier Beloin-Saint-Pierre, Roland Hischier, Patrick Wäger
Revista: Energies
DOI: 10.3390/en12244723

Ímã mais poderoso do mundo pronto para fusão nuclear

Redação do Site Inovação Tecnológica

O primeiro módulo do maior ímã do mundo (esquerda) e sua aparência quando estiver totalmente montado (direita).
[Imagem: General Atomics]

Maior ímã do mundo

O maior ímã do mundo está pronto para seguir rumo ao seu destino, o ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Após uma década de projeto e fabricação, a empresa General Atomics divulgou que irá enviar o primeiro módulo do Solenoide Central, o ímã mais poderoso já construído, que se tornará um componente central do ITER, uma máquina projetada para replicar o poder de fusão nuclear que ocorre nas estrelas.

Este experimento de fusão nuclear está sendo erguido na França por uma colaboração de 35 países parceiros: União Europeia (mais Reino Unido e Suíça), China, Índia, Japão, Coreia do Sul, Rússia e Estados Unidos.

Seu objetivo é provar que a energia da fusão do hidrogênio pode ser criada e controlada na Terra. A energia da fusão nuclear não tem os mesmos riscos dos atuais reatores de fissão nuclear, não polui o meio ambiente e tem potencial para suprir a necessidade de energia da sociedade por milhões de anos.

Solenoide Central

O Solenoide Central, o maior dos ímãs do ITER, será composto por seis módulos. Quando totalmente montado, ele terá 18 metros de altura, 4,25 metros de largura e pesará mil toneladas.

Existem propostas alternativas, como a fusão nuclear feita em um equipamento de mesa.
[Imagem: Y. Zhang et al. - 10.1103/PhysRevLett.122.135001]

A força magnética do Solenoide Central é suficiente para levantar um porta-aviões 2 metros no ar. Em seu núcleo, ele atingirá uma força de campo magnético de 13 Teslas, cerca de 280.000 vezes mais forte do que o campo magnético da Terra.

As estruturas de suporte do eletroímã terão que suportar forças iguais ao dobro do empuxo de uma decolagem dos foguetes que levavam ao espaço os ônibus espaciais.

Ele deverá induzir uma poderosa corrente de plasma no interior do reator, chamado tokamak, ajudando a moldar e controlar a reação de fusão, impedindo que ela derreta o próprio reator.

O primeiro módulo está pronto e será embarcado de navio dos EUA para a França. Cinco módulos adicionais, mais um sobressalente, já estão em vários estágios de fabricação - o Módulo 2 deverá ficar pronto em agosto.

Ímãs no tokamak

A criação de campos magnéticos em um tokamak requer três arranjos complementares de ímãs. Bobinas externas ao redor do anel do tokamak produzem o campo magnético toroidal, confinando o plasma dentro do reator. Bobinas poloidais, um conjunto de anéis empilhados que orbitam o tokamak paralelamente à sua circunferência, controlam a posição e a forma do plasma.

No centro do tokamak, o Solenoide Central usa um pulso de energia para gerar uma poderosa corrente toroidal no plasma que flui ao redor do toro. O movimento dos íons nessa corrente, por sua vez, cria um segundo campo magnético poloidal que melhora o confinamento do plasma, além de gerar calor para a fusão.

Juntos, os ímãs do ITER criam uma gaiola invisível para o plasma que se adapta precisamente às paredes de metal do tokamak. Com 15 milhões de amperes, a corrente de plasma do ITER será muito mais poderosa do que qualquer coisa possível nos tokamaks atuais.

O material supercondutor usado nos ímãs do ITER foi produzido em nove fábricas em seis países. Os 43 quilômetros de supercondutores de nióbio-estanho para o Solenoide Central foram fabricados no Japão.

Este esquema mostra o Solenoide Central (coluna azul e amarelo) no centro do reator de fusão nuclear do ITER. A área rosa em torno dele é o plasma, girando dentro do toro.
[Imagem: ITER]

Como funcionará a fusão nuclear no ITER

Para que o ITER funcione, uma pequena quantidade de gás deutério e trítio, que são isótopos do hidrogênio, é injetada no tokamak, uma grande câmara de vácuo em forma de anel.

O hidrogênio é aquecido até se tornar um plasma ionizado, que parece uma nuvem. Os ímãs supercondutores integrados ao tokamak confinam e moldam esse plasma ionizado, mantendo-o afastado das paredes de metal do reator.

Quando o plasma de hidrogênio atinge 150 milhões de graus Celsius - dez vezes mais quente do que o núcleo do Sol, uma pequena quantidade de massa é convertida em uma grande quantidade de energia (E = mc2) conforme os átomos de hidrogênio se fundem.

Nêutrons de ultra-alta energia, produzidos pela fusão, escapam do campo magnético e atingem as paredes de metal do tokamak, transmitindo sua energia para as paredes na forma de calor. A água que circula nas paredes do tokamak recebe esse calor e o converte em vapor. Em um reator comercial, esse vapor acionará turbinas para produzir eletricidade.

Finalmente, alguns nêutrons reagem com o lítio incorporado nas paredes do tokamak, criando mais combustível de trítio para a fusão. 

Energia hidrocinética gera eletricidade sem represar os rios

Redação do Site Inovação Tecnológica

O sistema de energia hidrocinética bioinspirada tem o potencial de expandir o acesso a fontes de energia mais limpas e econômicas.
[Imagem: Keith Moored/Lehigh University]

Hidrocinética

Um time de engenheiros de várias universidades norte-americanas apresentou um novo projeto para explorar a hidroeletricidade sem a necessidade de construir barragens.

A ideia consiste em usar hidrofólios inspirados nas barbatanas de peixes e baleias para gerar eletricidade aproveitando a correnteza dos rios.

Hidrofólios são estruturas subaquáticas que se movem para cima e para baixo com o fluxo da água. O movimento imita a ação da nadadeira caudal de peixes e cetáceos, ou das nadadeiras de um mergulhador.

A equipe está projetando um sistema que converte mecanicamente essa oscilação em movimento rotativo, que por sua vez impulsiona um gerador, transformando a energia mecânica do fluxo do rio em eletricidade.

Um dos desafios é minimizar as interrupções no ecossistema do rio, um dos grandes problemas das barragens. Para isso, a equipe projetou uma turbina fluvial oscilante que se move verticalmente a uma taxa mais lenta em comparação com as turbinas rotativas.

Os sensores do sistema permitirão que ele se adapte às mudanças naturais na profundidade de cada rio e mantenha a produção de energia estável.

Ecologicamente correta e economicamente viável

O trabalho atraiu a atenção da agência de energia dos EUA, que garantiu financiamento para que os pesquisadores possam passar do projeto para os primeiros testes em escala piloto.

Eles se dividiram em cinco subequipes, que projetarão os componentes individuais que, se bem-sucedidos, se combinarão para criar uma turbina oscilante de rio ecologicamente correta e economicamente viável. O maior desafio será justamente garantir que todos os componentes sejam integrados corretamente.

"Esses tipos de dispositivos já foram construídos antes, então certamente não somos os primeiros a apresentar a ideia. Mas, se tivermos sucesso, seremos a primeira equipe a construir um desses dispositivos que seja realmente econômico," disse Keith Moored, da Universidade Lehigh.

"A energia hidrocinética é um recurso renovável abundante que pode aumentar a resiliência da rede e reduzir a vulnerabilidade da infraestrutura, mas atualmente é uma opção de custo proibitivo em comparação com outras fontes de geração de energia. As equipes irão abordar essa barreira projetando novos sistemas hidrocinéticos eficientes, que utilizam recursos ribeirinhos e oceânicos, incluindo as marés, para desenvolver oportunidades de geração de energia economicamente atraentes," disse o professor Lane Genatowski, membro do projeto, batizado de SHARKS (Submarine Hydrokinetic and Riverine Kilo-megawatts Systems).

Seda de aranha vegana promete substituir plásticos descartáveis

Redação do Site Inovação Tecnológica

É uma seda de aranha sem a aranha, com a mesma resistência dos plásticos descartáveis.
[Imagem: Ayaka Kamada et al. - 10.1038/s41467-021-23813-6]

Seda de aranha vegana

Um material de origem vegetal, sustentável e pronto para ser produzido em escala industrial promete substituir os plásticos descartáveis em uma ampla variedade de produtos de consumo.

Trata-se de um filme de polímero biomimético, projetado para imitar as propriedades da seda de aranha, um dos materiais mais resistentes da natureza.

Ayaka Kamada e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, descobriram que uma das principais características que dá essa força à seda de aranha é estrutural, mais especificamente na organização regular e precisamente espaçada das ligações de hidrogênio que mantém coesas as proteínas da seda, dando-lhe uma densidade muito alta.

Eles então desenvolveram uma técnica para reproduzir essa estrutura usando proteínas vegetais.

O material sintético resultante é tão forte quanto muitos plásticos de uso comum, tornando-o um substituto potencial verde para o plástico à base de petróleo.

"Outros pesquisadores têm trabalhado diretamente com materiais de seda como substitutos dos plásticos, mas eles ainda são um produto animal. De certa forma, criamos a 'seda de aranha vegana' - criamos o mesmo material sem a aranha," disse o pesquisador Marc Garcia, membro da equipe.

Protótipos dos produtos que os pesquisadores planejam lançar no mercado ainda este ano.
[Imagem: Xampla]

Plástico que imita seda de aranha

A seda vegana é produzida usando uma nova técnica que a equipe desenvolveu para montar proteínas vegetais, o que resulta em um material que imita a seda em nível molecular. Segundo a equipe, a técnica tem alta eficiência energética e utiliza apenas ingredientes sustentáveis.

O produto final é um filme semelhante ao plástico, pronto para uso, sem necessidade de qualquer aditivo ou condições de armazenamento, e que pode ser fabricado em escala industrial.

Também é possível adicionar cores estruturais ao polímero durante o processo de fabricação - também conhecidas como "cores físicas", são cores que não desbotam porque não são baseadas em corantes, mas na forma como a superfície do material interage com a luz.

Ao contrário dos plásticos comuns, a seda biomimética é compostável diretamente - os bioplásticos normalmente requerem instalações de compostagem industriais para se degradarem. Além disso, o material não requer modificações químicas em seus blocos de construção naturais para que possa se degradar com segurança na maioria dos ambientes naturais ou domésticos.

O material será comercializado por uma empresa que está sendo incubada pela universidade, já com planos de lançar uma linha de sachês e embalagens descartáveis ainda este ano.

Bibliografia:

Artigo: Controlled self-assembly of plant proteins into high-performance multifunctional nanostructured films
Autores: Ayaka Kamada, Marc Rodriguez-Garcia, Francesco Simone Ruggeri, Yi Shen, Aviad Levin, Tuomas P. J. Knowles
Revista: Nature Communications
Vol.: 12, Article number: 3529
DOI: 10.1038/s41467-021-23813-6

Material inspirado em cactos coleta água dia e noite

Redação do Site Inovação Tecnológica 

As microárvores, inspiradas nos espinhos dos cactos, coletam água dia e noite.
[Imagem: Ye Shi et al. - 10.1038/s41467-021-23174-0]

Coleta de neblina e vapor solar

Além das necessidades históricas das regiões mais secas, as mudanças climáticas trouxeram uma larga variabilidade nos ritmos das chuvas.

Isso gerou um esforço de pesquisa significativo para a criação de dispositivos capazes de extrair água potável diretamente do ar.

Alguns sistemas fazem isso usando energia solar, enquanto outros, ainda que com menor rendimento, conseguem capturar a rala umidade do ar, o que os permite funcionar também à noite.

A geração de vapor solar é uma técnica de coleta de água na qual o calor do Sol faz com que a água se transforme em vapor, que é então condensado em água potável. Ela funciona melhor nas áreas costeiras porque também é capaz de dessalinizar a água, embora só funcione durante o dia.

A produção de água pela coleta de neblina é exatamente o que parece: À noite, as nuvens baixas ficam mais pesadas, portando gotas de água; dispositivos capazes de aglutinar e coletar essas gotículas então transformam a névoa em água potável.

Detalhes da estrutura do material coletor de água.
[Imagem: Ye Shi et al. - 10.1038/s41467-021-23174-0]

Aprendendo com quem sabe

Agora, Ye Shi e colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos EUA, criaram um material para coletar água potável do ar que funciona de dia e de noite, combinando as duas tecnologias de coleta de água em uma.

Para isso, Shi foi buscar inspiração em quem faz isso há milhões de anos: os cactos.

O resultado é um material biomimético, uma membrana de hidrogel com microarquiteturas, capaz de produzir água por meio da geração solar de vapor-água e da coleta de névoa, fundindo as duas técnicas em um único dispositivo.

A membrana é formada por minúsculos espinhos, que lembram árvores de Natal, mas na verdade são inspirados no formato dos espinhos dos cactos.

"Os cactos são adaptados de forma única para sobreviver em climas secos," disse Shi. "No nosso caso, essas espinhas, que chamamos de 'microárvores", atraem gotículas microscópicas de água que estão suspensas no ar, permitindo que elas deslizem pela base da espinha e se aglutinem com outras gotículas, formando gotas relativamente pesadas que eventualmente convergem em um reservatório de água."

Em um teste durante a noite, uma amostra do material, com uma área de 125 centímetros quadrados (cm2), coletou cerca de 35 mililitros de água da névoa. Em testes durante o dia, o material coletou cerca de 125 mililitros de água pelo método do vapor solar.

Bibliografia:

Artigo: All-day fresh water harvesting by microstructured hydrogel membranes
Autores: Ye Shi, Ognjen Ilic, Harry A. Atwater, Julia R. Greer
Revista: Nature Communications
Vol.: 12, Article number: 2797
DOI: 10.1038/s41467-021-23174-0

Fungos que computam podem ser seres mais inteligentes da Terra, diz cientista

Redação do Site Inovação Tecnológica

A comunicação dos fungos é tão complexa que os pesquisadores estão propondo usá-los como computadores biológicos.
[Imagem: Dehshibi et al. - 10.1016/j.biosystems.2021.104373]

Computador de fungo

Você já ouviu falar de computadores químicos, computadores feitos com plantas, processadores feitos de gel e até um processador que usa gotas de água em vez de eletricidade.

Pois agora a chamada biocomputação está para incorporar um novo elemento da natureza: os fungos.

Afirmar que os fungos sejam os organismos vivos mais inteligentes do mundo parece soar como um exagero, mas não para o professor Mohammad Dehshibi, da Universidade da Catalunha, na Espanha, que afirma que os fungos podem ser usados diretamente como dispositivos computacionais.

Pesquisadores japoneses já haviam demonstrado que um fungo consegue reproduzir o projeto do metrô de Tóquio, mas o professor Dehshibi afirma que seu uso pode ser muito mais genérico e versátil, permitindo resolver uma infinidade de problemas computacionais.

Ele está trabalhando especificamente com os micélios, aquelas teias emaranhadas (higas) formadas por fungos como o Pleurotus djamor, conhecido como cogumelo-ostra-rosa.

"Alterando as condições ambientais, podemos reprogramar uma geometria e uma estrutura teórica dos gráficos das redes de micélio e, em seguida, usar a atividade elétrica dos fungos para criar circuitos de computação," propõe o pesquisador.

Mais complexo que o cérebro humano

Esse "processador de fungo" se tornou uma opção sobre a qual vale a pena pensar quando a equipe descobriu que o cogumelo-ostra-rosa gera disparos de potencial elétrico, muito similares às sinapses do cérebro, que se espalham por toda a rede do micélio.

Essa atividade elétrica do fungo corresponde a um sistema de comunicação interna extremamente complexo. De fato, os pesquisadores demonstraram que a complexidade dessa "linguagem" é maior do que a de muitas línguas humanas em termos de comunicação.

Eles então viram nisso a possibilidade de usar os sinais elétricos do fungo como um meio eficiente e prático de transmissão de informação e computação, dando aos fungos um potencial muito interessante como computadores biológicos. A proposta é utilizar uma variedade de medições para traduzir esses sinais elétricos em mensagens de acordo com a classificação dos picos de potencial detectáveis, as "sinapses fúngicas", por assim dizer.

A tarefa não é simples: Os sinais elétricos no tecido do fungo são tão complexos que as mais modernas técnicas da neurociência, usadas para medir os potenciais de disparo das sinapses no cérebro humano, não foram capazes de decifrá-los. A equipe então propõe desenvolver um método para detectar o tempo de chegada dos disparo spor meio de algoritmos recursivos, que permitam a caracterização da atividade elétrica.

"No momento, há dois grandes desafios a serem enfrentados [para usar fungos como computadores]," explicou Dehshibi. "O primeiro é implementar um propósito computacional que faça sentido. O segundo é caracterizar as propriedades dos substratos fúngicos para descobrir seu verdadeiro potencial computacional."

Os programas usadas pela neurociência para decifrar os sinais do cérebro humano não foram capazes de lidar com a complexidade da comunicação dos fungos.
[Imagem: Dehshibi et al. - 10.1016/j.biosystems.2021.104373]

Computador ambiental

Mas a pergunta que precisa ser feita é: Será que realmente podemos esperar ver, mesmo que num futuro distante, um laptop com um microprocessador feito de fungos?

Para Dehshibi, o objetivo dos computadores de fungos não é substituir os processadores de silício, já que as ações nesse proposto computador biológico são lentas para isso. Mas as propriedades dos fungos poderiam ser usadas como um "sensor ambiental em grande escala".

Por exemplo, redes fúngicas poderiam monitorar grandes quantidades de fluxos de dados como parte de sua atividade diária. Se pudéssemos nos conectar às suas redes e interpretar os sinais que eles usam para processar informações, então poderíamos aprender muito sobre o que está acontecendo em um ecossistema e, eventualmente, agir se houver necessidade, propõe Dehshibi.

Bibliografia:

Artigo: Electrical activity of fungi: Spikes detection and complexity analysis
Autores: Mohammad Mahdi Dehshibi, Andrew Adamatzky
Revista: Biosystems
Vol.: 203, 104373
DOI: 10.1016/j.biosystems.2021.104373

Artigo: Reactive fungal wearable
Autores: Andrew Adamatzky, Anna Nikolaidou, Antoni Gandia, Alessandro Chiolerio, Mohammad Mahdi Dehshibi
Revista: Biosystems
Vol.: 199, 104304
DOI: 10.1016/j.biosystems.2020.104304