quarta-feira, 9 de março de 2011
Química ambientalmente correta
Um grupo de pesquisadores suíços e italianos desenvolveu uma nova célula a combustível organometálica.
Além de gerar eletricidade, a célula produz compostos da chamada química fina, a partir de matérias-primas renováveis.
E, como as demais células a combustível, ela faz seu trabalho sem deixar qualquer resíduo e sem a geração de poluentes.
"Esta célula a combustível não vai resolver os problemas energéticos do mundo," pondera o Dr. Hansjörg Grützmacher. "Mas eu acho que o fato de ela poder ser usada para fazer produtos da química fina a partir de matérias-primas renováveis, sem resíduos, é um enorme avanço."
Célula a combustível organometálica
O princípio de funcionamento da célula a combustível organometálica é totalmente diferente das outras células a combustível.
A base é um complexo molecular especial contendo ródio metálico. Esse complexo é incorporado molecularmente no material do anodo.
O anodo de uma célula de combustível absorve as cargas liberadas e as transfere para o catodo, que novamente as libera - esse é o fluxo que corresponde à corrente elétrica gerada.
A característica especial da célula a combustível organometálica é que o complexo molecular no anodo age como um catalisador, e sua função pode ser facilmente otimizada.
O material de suporte do anodo é carbono em pó, ao qual o complexo molecular é aplicado como uma fina dispersão.
Conforme a reação química vai ocorrendo, o catalisador ativo começa a se formar, o que significa que são gerados vários catalisadores específicos para cada um dos passos da reação.
Etanol ou açúcar
O combustível básico da célula organometálica é um álcool, como o etanol, que é convertido em um aldeído correspondente e, no passo seguinte, em um ácido carboxílico.
Mas os cientistas afirmam que a célula pode processar não apenas alcoois, mas também açúcares, como a glucose - em qualquer caso, produtos de origem renovável.
Em escala experimental, por exemplo, o 1,2-propanodiol, um diálcool obtido a partir de matérias-primas renováveis, foi convertido de forma muito seletiva em ácido láctico.
O ácido lático é produzido industrialmente em grande escala para uso na fabricação de polímeros biodegradáveis.
O único problema é que, para cada tonelada de ácido láctico produzida, a maioria dos processos gera cerca de uma tonelada de sulfato de cálcio, um material que exige um descarte dispendioso.
Por seu lado, a nova célula a combustível organometálica não deixa qualquer resíduo ao fazer o mesmo processo.
Primeiros passos
Um dos inconvenientes da nova célula a combustível organometálica é que ela só trabalha com soluções aquosas.
Além disso, ela é bastante lenta, uma vez que, devido ao projeto de construção do dispositivo, as reações químicas somente ocorrem nas superfícies da sua estrutura interna.
"No entanto, o uso de solventes não-aquosos também é concebível. Estamos apenas no começo [do desenvolvimento] e deveremos, antes de tudo, entender como uma mudança nos parâmetros do processo afetará a eficiência global do sistema," disse Grützmacher.
A Biologically Inspired Organometallic Fuel Cell (OMFC) that Converts Renewable Alcohols into Energy and Chemicals
S. P. Annen, V. Bambagioni, M. Bevilacqua,, J. Filippi, A. Marchionni, W. Oberhauser, H. Schönberg, F. Vizza, C. Bianchini, H. Grützmacher
Angewandte Chemie International Edition
Vol.: 49 - 40 - 7387-7391
DOI: 10.1002/anie.201002234
Cristal sem átomos
Um cristal é formado por um arranjo ordenado de elementos, que se repetem para formar uma estrutura tridimensional, conhecida como rede atômica cristalina.
Esses elementos podem ser compostos químicos ou elementos químicos puros - lembre-se do conhecido cristal de quartzo.
Em qualquer caso, porém, a rede cristalina estará sendo formada por átomos.
Agora imagine uma rede tipo cristalina, formada não por átomos, mas por estruturas exóticas, uma espécie de vórtices magnéticos giratórios, cada um deles parecido com um pequeno redemoinho.
Pesquisadores japoneses conseguiram observar essa estrutura pela primeira vez em temperatura muito próxima à temperatura ambiente, e imediatamente viram nela uma possível nova abordagem para o armazenamento de dados.
Skyrmions
As estruturas exóticas são chamadas skyrmions, "objetos" giratórios parecidos com um redemoinho - um vórtice magnético.
Skyrmions são formados na superfície de alguns materiais quando os spins dos elétrons - imagine uma seta ao redor da qual cada elétron gira - se organizam coletivamente de tal forma que eles se aglomeram ao redor da superfície de uma esfera.
Essa estrutura gira em espiral de tal forma que os spins na borda externa apontam para cima, enquanto aqueles que estão no centro apontam para baixo.
Tal coleção inusitada de spins apresenta várias propriedades associadas com uma única partícula, como se fossem um super-elétron.
Junte uma porção desses skyrmons em uma matriz repetitiva e ordenada e você terá um cristal skyrmion.
Os físicos já sabiam da existência dos cristais skyrmions, mas eles só haviam sido observados em temperaturas criogênicas, quando o mundo das partículas desacelera até quase parar.
Cristal de skyrmions
Agora, o Dr. Yoshinori Tokura e seus colegas do Instituto de Ciências Avançadas RIKEN, no Japão, descobriram que os cristais de skyrmions podem se formar também fora do freezer, abrindo a possibilidade de seu uso em memórias de computador.
O material utilizado foi uma liga de ferro-germânio, na qual o cristal de skyrmions se forma em películas de até 75 nanômetros de espessura, bem mais grossas do que nos experimentos anteriores, o que facilitará o estudo de suas propriedades e possíveis aplicações.
Os físicos acreditam que os skyrmions poderão desempenhar um papel importante no desenvolvimento da spintrônica, que usa a "rotação" do elétron para armazenar informações.
Na eletrônica atual, bilhões de elétrons são necessários para fornecer a carga elétrica necessária para distinguir entre um único 1 e um 0 digitais. Por isto, a spintrônica deverá gerar dispositivos com um gasto mínimo de energia.
Além disso, "os cristais de skyrmions poderão ser aplicados em dispositivos de memória e lógica," garantem os pesquisadores japoneses.
A vantagem em relação aos sistemas convencionais é que o controle poderá ser feito com os muito mais eficientes campos elétricos, em vez de campos magnéticos.
Near room-temperature formation of a skyrmion crystal in thin-films of the helimagnet FeGe.
Yu, X.Z., Kanazawa, N., Onose, Y., Kimoto, K., Zhang, W.Z., Ishiwata, S., Matsui, Y., Tokura, Y.
Nature Materials
Vol.: 10, Pages: 106-109 (2011)
DOI: 10.1038/nmat2916
Postagens de volta das feriass. Ebaaa voltamoos
NASA tem sinal verde para trazer amostras de Marte
Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/03/2011
Um relatório do Conselho Nacional de Pesquisas dos Estados Unidos recomenda um conjunto de missões espaciais a serem conduzidas pela NASA na década 2013-2012.
No topo da lista está o início de um esforço conjunto entre várias agências espaciais para trazer amostras de solo e rochas de Marte.
Mas há também uma série de preocupações de natureza econômica que deverão ser suplantadas para que as missões possam ser levadas adiante.
Ciência com orçamento
Segundo o relatório, se o orçamento da NASA não conseguir sustentar todas as missões recomendadas, deverá ser dada prioridade a missões de menor escala, dentro dos programas Novas Fronteiras eDescobertas.
"Nossas recomendações foram guiadas pelo interesse científico, e elas oferecem um mix equilibrado de missões - grandes, médias e pequenas - que têm o potencial para expandir enormemente nosso conhecimento do Sistema Solar," afirmou Steven W. Squyres, coordenador do comitê.
"Entretanto, nesses tempos de dificuldades econômicas, algumas escolhas difíceis poderão ser necessárias. Com isto em mente, nossas missões prioritárias foram cuidadosamente selecionadas com base no seu potencial para render os maiores benefícios científicos possíveis por dólar investido," completou Squyres.
