Relatório do IPCC: Veja os efeitos do aquecimento global para o Brasil

Com informações da Agência Fapesp

Impactos do aquecimento global no Brasil

Cientistas e climatologistas fizeram uma conferência virtual para debater quais são os impactos para o Brasil dos dados revelados nesta semana pelo novo relatório do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas Globais)

"A temperatura média global é distribuída geograficamente. Por isso, não é sentida da mesma forma em diferentes regiões do planeta," justificou Paulo Artaxo, da USP (Universidade de São Paulo).

Em um cenário de aquecimento de 2 ºC, a temperatura no Brasil pode aumentar entre 3 ºC e 3,5 ºC. Já se a média global aumentar em 4 ºC, a do país pode subir entre 5 ºC e 5,5 ºC, principalmente na porção central.

"Isso desencadearia impactos importantes, inclusive para a economia brasileira, baseada no agronegócio," afirmou o pesquisador, que é um dos autores do relatório.

Aquecimento e contra-aquecimento

Segundo o relatório do IPCC, em razão do aumento das emissões de gases de efeito estufa nos últimos 50 anos, a temperatura da superfície global se elevou a uma taxa sem precedentes e é muito provável que a década mais recente tenha sido a mais quente desde o pico do último período interglacial, há 125 mil anos.

A temperatura da superfície global foi 1,1 ºC mais alta entre 2011 e 2020 do que entre 1850 e 1900, com aquecimento mais forte sobre a terra do que sobre os oceanos.

A temperatura média nos continentes, contudo, já aumentou 1,6 ºC, uma vez que eles aquecem muito mais do que o planeta como um todo porque os oceanos absorvem gigantescas quantidades de calor. "Nos continentes, já ultrapassamos o limiar de aquecimento de 1,5 ºC," afirmou Artaxo.

De acordo com o relatório, é provável que as emissões de gases de efeito estufa - principalmente gás carbônico (CO2) e metano - tenham contribuído para esse aquecimento de 1,1 ºC da temperatura da superfície global. Em contrapartida, as partículas de aerossóis atmosféricos gerados pela poluição podem estar contribuindo com um resfriamento de 0,5 ºC da temperatura do planeta. "Os aerossóis estão mascarando cerca de um terço do aquecimento atual," afirmou Artaxo.

Se essas partículas, que refletem a radiação do Sol de volta para o espaço, ajudando a resfriar o planeta, forem retiradas da atmosfera por meio da interrupção da queima de carvão para geração de energia pelas usinas termelétricas e da eletrificação do setor de transporte, esse mascaramento deixará de existir, indicou o pesquisador.

"Só com isso a temperatura do planeta vai aquecer meio grau nas próximas décadas," disse Artaxo.

Padrões de chuva

Os cenários regionais indicam que acontecerão no Brasil alterações no padrão das chuvas, essenciais para a agricultura e para geração de energia hidrelétrica - a chuva nos continentes aumentou globalmente desde 1950.

"Todos os cenários indicam que principalmente a região central do Brasil e a parte leste da Amazônia se tornarão mais secas, com queda de 10% a 20% na precipitação. Isso acontecerá tanto em um cenário de aquecimento global de 2 ºC como de 4 ºC," disse Artaxo.

Outras regiões do país, como a Sul, podem registrar maior intensidade de chuvas.

"Na região mais ao sul do Brasil já tem se observado um aumento das precipitações e se projeta que elas se elevarão em diferentes cenários de emissões de gases de efeito estufa," afirmou Lincoln Alves, pesquisador do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e também coautor do relatório.

Cada meio grau adicional de aquecimento global também causará aumentos estatisticamente significativos nos extremos de temperatura, na intensidade de chuvas fortes e na gravidade de secas em algumas regiões, como no Nordeste do Brasil e no leste da Amazônia.

Em um cenário de aquecimento global de 2 ºC, as ondas de calor e secas devem ocorrer com maior frequência e simultaneamente, causando graves prejuízos à saúde, aos ecossistemas e à produção agrícola, estimam os cientistas.

"Não é só o clima médio que está mudando, mas também as características dos extremos climáticos, como ondas de calor, de frio, enchentes, secas e ciclones. O número desses eventos está aumentando e se projeta uma elevação significativa em sua ocorrência em todas as regiões do globo, incluindo o Brasil," afirmou Alves. "Teremos cada vez mais eventos climáticos extremos simultâneos que tendem a intensificar os impactos, como ondas de calor combinadas com secas que, em regiões propícias a queimadas, os efeitos são exacerbados."

Hidrogênio é limpo - mas processo de produzi-lo nem sempre é

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A pegada ambiental do hidrogênio azul, produzido a partir do metano, é pior do que a do carvão ou do óleo diesel (CO2: dióxido de carbono; CH4: metano).
[Imagem: Robert W. Howarth et al. - 10.1002/ese3.956]

Combustível limpo, processo sujo

O hidrogênio é considerado o combustível limpo por excelência porque, ao ser queimado, ele produz apenas água como subproduto.

Acontece que há diferentes formas de produzir hidrogênio, e esses processos de produção não são necessariamente limpos.

Hoje, a quase totalidade do hidrogênio é fabricada pela reforma do metano presente no gás natural, ou seja, nada muito diferente da queima de qualquer combustível fóssil: O próprio hidrogênio continua não produzindo poluentes novos, mas seu processo de fabricação deixou um rastro bem sujo.

E esse rastro pode ser até maior do que se imaginava, segundo cálculos feitos agora por Robert Howarth e Mark Jacobson, da Universidade Cornell, nos EUA.

Segundo os dois pesquisadores, a pegada de carbono para criar hidrogênio a partir do gás natural é mais de 20% maior do que usar gás natural ou carvão em processos que envolvem queima (termoeletricidade, por exemplo), ou cerca de 60% maior do que usar óleo diesel para o mesmo fim.

Hidrogênio derivado do metano

Mas como pode ser um combustível cuja queima não produz subprodutos ser mais "sujo" do que o tão mal-falado carvão?

Acontece que o metano (CH4) é um gás de efeito estufa muito poderoso, mais de 100 vezes mais forte como agente de aquecimento atmosférico do que o dióxido de carbono (CO2) quando emitido pela primeira vez. O relatório do IPCC divulgado na semana passada mostra que o metano contribuiu para o aquecimento global desde o século passado em uma magnitude que equivale a dois terços do efeito do dióxido de carbono, mesmo sendo emitido em quantidade muito menor.

Já existem reatores capazes de produzir hidrogênio verde.
[Imagem: Metcalfe et al. - 10.1038/s41557-019-0273-2]

"Agora a indústria está promovendo o hidrogênio azul como solução, uma abordagem que ainda usa o metano do gás natural, enquanto tenta capturar o subproduto dióxido de carbono. Infelizmente, as emissões permanecem muito grandes.

"As forças políticas podem não ter captado essa ciência ainda. Mesmo os políticos progressistas podem não entender no que estão votando. 'Hidrogênio azul' soa bem, soa moderno e soa como um caminho para o nosso futuro energético. Não é," disse Howarth.

Hidrogênio de muitas cores

Como os interesses econômicos nem sempre equivalem às preocupações ambientais, o hidrogênio como combustível começou a receber diferentes apelidos, na forma de cores.

O hidrogênio limpo é agora chamado "hidrogênio verde", sendo produzido a partir da eletrólise e, num cenário ideal, usando eletricidade produzida a partir de fontes renováveis, sobretudo a solar. Já existe um mercado ofertando hidrogênio verde, mas ainda de pequenas proporções.

No cenário ideal, a tecnologia que desponta é a chamada fotossíntese artificial, em que a energia solar é usada diretamente para extrair o hidrogênio da água, sem qualquer poluente. Infelizmente, esta é uma tecnologia ainda em escala de laboratório, mesmo já tendo apresentado quase 20% de eficiência.

Enquanto isso, o hidrogênio continua sendo fabricado a partir dos combustíveis fósseis.

Esse processo, que agora se demonstrou ser mais poluente do que se calculava, começa com a conversão do metano em hidrogênio e dióxido de carbono usando calor, vapor e pressão. Nesse ponto, o gás é conhecido como "hidrogênio cinza".

O hidrogênio cinza se torna o "hidrogênio azul" quando são incorporados processos adicionais para capturar impurezas e pelo menos parte do dióxido de carbono gerado como subproduto.

Mas esses esforços não dão o resultado que as empresas geralmente apregoam, uma vez que as emissões de hidrogênio azul são pouco menores do que as do hidrogênio cinza - cerca de 9% a 12% menores.

"O melhor hidrogênio, o hidrogênio verde, derivado da eletrólise - se usado com sabedoria e eficiência - pode ser o caminho para um futuro sustentável," destacou Howarth. "O hidrogênio azul é totalmente diferente."

Bibliografia:

Artigo: How green is blue hydrogen?
Autores: Robert W. Howarth, Mark Z. Jacobson
Revista: Energy Science & Engineering
DOI: 10.1002/ese3.956

Ignição da fusão nuclear pode ter sido alcançada pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica

Em 8 de agosto de 2021, um experimento no NIF colocou os pesquisadores no limiar da ignição por fusão, alcançando um rendimento de mais de 1,3 megajoules.
[Imagem: John Jett/LLNL]

Estrela artificial

Os primeiros dados indicam que o limite para a fusão nuclear pode ter sido alcançado pela primeira vez em um experimento controlado na Terra.

A fusão nuclear é o processo que alimenta as estrelas e, uma vez controlado, pode ser uma fonte inesgotável de energia, levando a humanidade a um patamar além dos combustíveis fósseis.

Mas se estima que ainda serão necessárias décadas para que esse processo seja domado e consigamos fabricar os materiais e estruturas capazes de conter uma "estrela artificial" dentro de uma usina.

Um passo essencial nesse caminho parece ter sido dado no último dia 8 de Agosto, na Instalação Nacional de Ignição, ou NIF (National Ignition Facility), nos EUA, um laboratório com jeitão futurista que foi usado para filmar a Engenharia da nave Enterprise, nos filmes mais recentes da franquia Jornada nas Estrelas.

Embora uma interpretação científica completa dos resultados só vá ocorrer nas próximas semanas, por meio do processo de revisão pelos pares, a análise inicial mostra uma melhoria de 8 vezes em relação aos experimentos realizados no início do ano e um aumento de 25 vezes em relação ao rendimento recorde do NIF, obtido em 2018.

Limiar da fusão nuclear

As medições iniciais indicam um rendimento superior a 1,3 megajoules (MJ), obtido focalizando os lasers do NIF - que ocupam o espaço de três campos de futebol - em um alvo de 4,5 milímetros, produzindo um ponto quente do diâmetro de um fio de cabelo, gerando mais de 10 quatrilhões de watts de potência de fusão por 100 trilionésimos de segundo.

São esses dados que os físicos acreditam ter superado o limiar da fusão nuclear, que poderia ter ocorrido durante esse tempo extremamente curto, como um piscar de uma estrela artificial nascente, mas cujo brilho ainda é indetectável pelo olho humano.

Esse limiar é conhecido como "ignição", marcando o ponto em que a fusão nuclear gera ao menos tanta energia quanto foi aplicada para gerá-la.

Se o objetivo tiver mesmo sido alcançado, os passos seguintes consistirão em ir aumentando paulatinamente esse tempo, até alcançar o objetivo final de uma fusão nuclear sustentada, cujo calor poderá ser usado para produzir eletricidade.

A cápsula milimétrica deve ficar precisamente no foco dos imensos lasers do laboratório.
[Imagem: ICL]

Do laboratório para as usinas de fusão nuclear

O experimento se baseou em vários avanços obtidos ao longo dos últimos anos pela equipe do NIF, incluindo novos técnicas de medição, melhorias na fabricação do alvo, chamado hohlraum, incluindo o invólucro da cápsula e o tubo de combustível, o aumento na precisão dos lasers e alterações de projeto para aumentar a energia acoplada à implosão e à compressão da implosão, o passo fundamental para fundir os átomos, gerando energia.

"Embora o NIF seja principalmente um experimento de física, e não tenha o objetivo principal de criar energia de fusão, este resultado incrível significa que este sonho está mais perto de ser uma realidade. Provamos agora que é possível alcançar a ignição, inspirando outros laboratórios e empresas emergentes ao redor do mundo trabalhando na produção de energia de fusão para tentar realizar as mesmas condições usando um método mais simples, mais robusto e acima de tudo mais barato," disse o professor Jeremy Chittenden, membro da equipe.

Robôs agrícolas são o futuro: Para uma utopia ou para uma distopia?

Com informações da Universidade Hohenheim

Ilustração do cenário de um ambiente agrícola utópico, em que a tecnologia funciona a favor do ser humano e do meio ambiente.
[Imagem: Natalis Lorenz]

Utopia agrícola

Antes limitados ao reino da ficção científica, os robôs agrícolas já estão aqui - e eles estão acenando com dois extremos possíveis para o futuro da agricultura e seus impactos no meio ambiente, bem como da própria sociedade.

Um desses cenários é uma utopia, onde frotas de pequenos robôs inteligentes cultivam a terra em harmonia com a natureza para produzir diversas culturas orgânicas. A outra é uma distopia, em que robôs grandes, similares a tratores e cada vez maiores, enchem a paisagem com máquinas pesadas e produtos químicos artificiais.

O professor Thomas Daum, da Universidade de Hohenheim, na Alemanha, é particularmente atraído pelo cenário utópico.

"É como um Jardim do Éden," argumenta ele. "Pequenos robôs podem ajudar a conservar a biodiversidade e combater as mudanças climáticas de maneiras que não eram possíveis antes."

Daum sugere que o cenário utópico, que exige muita mão de obra para a agricultura convencional atual, mas é possível com robôs trabalhando 24 horas por dia, 7 dias por semana, provavelmente beneficiaria o meio ambiente de várias maneiras, com plantas mais diversificadas e o solo mais rico em nutrientes.

Graças à micropulverização de biopesticidas e à remoção de ervas daninhas a laser, os cursos d'água, as populações de insetos e as bactérias do solo também seriam mais saudáveis. Os rendimentos das colheitas orgânicas - que atualmente são frequentemente mais baixos do que os rendimentos das culturas convencionais - seriam mais elevados e a pegada ambiental da agricultura seria significativamente reduzida.

E esses impactos não se limitam apenas ao meio ambiente - as pessoas serão afetadas. "A criação de robôs também pode afetar você concretamente como consumidor," explica o pesquisador. "Na utopia, não estamos apenas produzindo cereais - temos muitas frutas e vegetais cujos preços relativos cairiam, então uma dieta mais saudável se tornaria mais acessível."

Distopia agrícola

No entanto, um futuro paralelo, com ramificações ambientais negativas, é tão possível quando esse cenário idílico.

Nesse cenário, detalha Daum, robôs grandes, mas tecnologicamente rudes, iriam arrasar a paisagem natural e algumas monoculturas dominariam o terreno. Grandes cercas isolariam pessoas, fazendas e animais selvagens uns dos outros.

Com os humanos removidos das fazendas, os agroquímicos e os pesticidas poderiam ser usados de forma mais ampla. Os objetivos finais seriam estrutura e controle: Qualidades nas quais esses robôs mais simples se dão muito bem, mas provavelmente teriam efeitos prejudiciais ao meio ambiente.

Embora observe que não é provável que o futuro fique confinado a uma utopia pura ou a uma distopia pura, ao criar esses dois cenários, Daum espera iniciar uma conversa no que ele vê como uma encruzilhada no tempo.

"A utopia e a distopia são possíveis do ponto de vista tecnológico. Mas, sem as proteções corretas na política, podemos acabar na distopia sem querer, se não discutirmos isso agora," afirmou.

Esta ilustração mostra o cenário distópico de uma agricultura robotizada.
[Imagem: Natalis Lorenz]

Pequenas propriedades versus monoculturas

Os pequenos robôs descritos no cenário utópico de Daum também seriam mais viáveis para pequenos agricultores, que poderiam pagá-los com mais facilidade ou compartilhá-los por meio de prestadores de serviços.

Em contraste, ele argumenta que a agricultura familiar tem menos probabilidade de sobreviver no cenário distópico: Apenas os grandes produtores, diz ele, seriam capazes de administrar as vastas extensões de terra e os altos custos das grandes máquinas.

Em partes da Europa, Ásia e África, onde atualmente existem muitas fazendas pequenas, há benefícios claros em fazer um esforço consciente para alcançar o cenário utópico.

A situação é mais desafiadora em países como Estados Unidos, Rússia e Brasil, que historicamente têm sido dominados por fazendas em grande escala, que produzem grãos e oleaginosas de alto volume e baixo valor. Nessas situações, pequenos robôs - que têm desempenho menos eficiente em tarefas que consomem muita energia, como debulhar milho - podem nem sempre ser a opção mais econômica.

Escolhendo a utopia

Decidir o caminho a seguir requer ação agora, defende Daum.

Embora alguns aspectos do cenário utópico, como a remoção de ervas daninhas a laser, já tenham sido desenvolvidos e estejam prontos para serem amplamente distribuídos, é necessário prover financiamento para outros aspectos do aprendizado de máquina e inteligência artificial, a fim de desenvolver robôs inteligentes o suficiente para se adaptarem a sistemas agrícolas complexos e não estruturados.

Mudanças na política agrícola também precisam ser feitas, podendo assumir a forma de subsídios, regulamentações ou impostos.

Embora possa parecer que o cenário de distopia seja o mais provável, ele não é o único caminho a seguir: "Acho que a utopia é alcançável," defende Daum. "Não será tão fácil quanto a distopia, mas é muito possível."

Bibliografia:

Artigo: Farm robots: ecological utopia or dystopia?
Autores: Thomas Daum
Revista: Trends in Ecology & Evolution
DOI: 10.1016/j.tree.2021.06.002

Nova tecnologia converte resíduos de plástico em combustível de aviação em uma hora

Pelo site Engenharia É

Foto de Billy Clouse no Unsplash

Os pesquisadores da Washington State University desenvolveram uma maneira inovadora de converter plásticos em ingredientes para combustível de aviação e outros produtos valiosos, tornando mais fácil e econômico reutilizar plásticos.

Os pesquisadores em sua reação foram capazes de converter 90% do plástico em combustível de aviação e outros produtos de hidrocarbonetos valiosos em uma hora a temperaturas moderadas e ajustar facilmente o processo para criar os produtos que desejam. Liderados pelo estudante de graduação Chuhua Jia e Hongfei Lin, professor da Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, eles relatam seu trabalho na revista Chem Catalysis.

“Na indústria de reciclagem, o custo da reciclagem é fundamental”, disse Lin. “Este trabalho é um marco para avançarmos com essa nova tecnologia para a comercialização.”

Nas últimas décadas, o acúmulo de resíduos plásticos causou uma crise ambiental, poluindo oceanos e ambientes intocados em todo o mundo. À medida que se degradam, descobriu-se que pequenos pedaços de microplásticos entram na cadeia alimentar e se tornam uma ameaça potencial, ainda que desconhecida, à saúde humana.

A reciclagem de plásticos, no entanto, tem sido problemática. Os métodos de reciclagem mecânica mais comuns derretem o plástico e o remodela, mas isso diminui seu valor econômico e qualidade para uso em outros produtos. A reciclagem química pode produzir produtos de maior qualidade, mas exige altas temperaturas de reação e um longo tempo de processamento, tornando-a cara e complicada demais para ser adotada pelas indústrias. Por causa de suas limitações, apenas cerca de 9% do plástico nos EUA é reciclado todos os anos.

Em seu trabalho, os pesquisadores da WSU desenvolveram um processo catalítico para converter de forma eficiente o polietileno em combustível de aviação e lubrificantes de alto valor. O polietileno, também conhecido como plástico nº 1, é o plástico mais comumente usado, usado em uma grande variedade de produtos, desde sacolas plásticas, jarros de leite e frascos de xampu até encanamentos resistentes à corrosão, madeira composta de madeira-plástico e móveis de plástico.

Para o processo, os pesquisadores usaram um catalisador de rutênio em carbono e um solvente comumente usado. Eles foram capazes de converter cerca de 90% do plástico em componentes de combustível de aviação ou outros produtos de hidrocarbonetos em uma hora a uma temperatura de 220 graus Celsius, que é mais eficiente e mais baixa do que as temperaturas normalmente utilizadas.

Jia ficou surpreso ao ver como o solvente e o catalisador funcionavam bem.

“Antes do experimento, apenas especulávamos, mas não sabíamos se funcionaria”, disse ele. “O resultado foi muito bom.”

Ajustar as condições de processamento, como temperatura, tempo ou quantidade de catalisador usado, forneceu a etapa criticamente importante de ser capaz de ajustar o processo para criar produtos desejáveis, disse Lin.

“Dependendo do mercado, eles podem ajustar o produto que desejam gerar”, disse ele. “Eles têm flexibilidade. A aplicação desse processo eficiente pode fornecer uma abordagem promissora para a produção seletiva de produtos de alto valor a partir de resíduos de polietileno.”

Com o apoio da Washington Research Foundation, os pesquisadores estão trabalhando para expandir o processo para comercialização futura. Eles também acreditam que seu processo pode funcionar de maneira eficaz com outros tipos de plásticos.

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