Energia - Brasil prepara adoção de redes elétricas inteligentes

Ainda há controvérsias sobre o impacto das redes inteligentes de eletricidade sobre as camadas mais pobres da população. [Imagem: UCLA Smart Grid Energy Research Center]

 

Desperdício de energia
Quinze de cada 100 quilowatts da energia elétrica produzida no Brasil se perdem entre a geração e o consumo.
De acordo com o Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE), ligado ao Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), a proporção é mais do que o dobro da registrada em outros países, que chega aos até 7%.
O desperdício sozinho fica acima da oferta interna de energia de origem térmica, com base em carvão, gás, petróleo e energia nuclear, que somam 14,4%, segundo o Balanço Energético Nacional.
A perda de energia levou o CGEE a fazer um amplo estudo sobre o uso de redes inteligentes (ou smart grids, como são mais conhecidas em inglês) para gerenciamento da geração, transmissão, distribuição e consumo de energia elétrica.
A tecnologia pode informar em tempo real, por exemplo, a ocorrência de pane e a eventual suspensão do fornecimento.
"Quando cai a energia, qualquer que seja o motivo, você liga para a concessionária. Pelo smart grid, isso passa a ser automático, não precisa ligar", explica Ceres Cavalcanti, pesquisadora do CGEE.
Vantagens das redes inteligentes de energia
Além das concessionárias, o uso de redes inteligentes permite que os usuários façam o controle do consumo diretamente.
No futuro, quando houver tarifa diferenciada conforme o horário, os medidores domésticos informarão quanto está sendo gasto a cada momento e o valor das tarifas cobradas.
De um lado, afirma-se que isto dará a possibilidade de o consumidor utilizar os eletrodomésticos em horário de tarifas mais baratas. De outro, porém, alguns especialistas afirmam que este é um benefício que só vale para o setor industrial, mas não para os consumidores domésticos, que não têm como controlar seus aparelhos ou mudar seus horários de uso.
Uma possibilidade menos controversa é tornar o consumidor credor do sistema.
Por exemplo, quem captar energia solar em casa, por exemplo, poderá ter desconto nas tarifas, pois a rede inteligente identifica a geração doméstica de energia.
"Hoje, a informação do sistema elétrico é direcional. Com o smart grid, passa a ser bidirecional. O consumidor passivo passa a ser ativo e vai ter vários tipos de serviços," diz Ceres.

Um item com presença obrigatório na pauta de discussões sobre o fornecimento de eletricidade no futuro são os carros elétricos. [Imagem: Green Car Initiative]

Eletrodomésticos e carros elétricos
Para a pesquisadora do CGEE, a adoção das redes inteligentes vai gerar negócios para a indústria de componentes do sistema elétrico e também para a área de tecnologia da informação e comunicação.
"Vai gerar um mercado muito bom para a indústria. E isso tem vários desdobramentos no sentido de desenvolvimento de ciência e tecnologia. Tem uma série de linhas de pesquisa que podem vir a partir daí," destaca.
Uma das possibilidades ficou demonstrada recentemente por uma pesquisa realizada na Unicamp, que demonstrou que as geladeiras domésticas, um dos principais itens de consumo doméstico, poderiam ser gerenciadas, isto é, ligadas e desligadas em determinados horários, sem prejuízos de sua função principal.

• Geladeiras inteligentes poderiam ser desligadas nos horários de pico

Outro item com presença obrigatório na pauta de discussões sobre o fornecimento de eletricidade no futuro são os veículos elétricos.
Uma pesquisa na Alemanha mostrou que os carros elétricos, em vez de simplesmente representarem mais uma categoria de consumidor, podem na verdade viabilizar a adoção de fontes de energia limpa.
Outro estudo, este realizado nos Estados Unidos, mostrou que os carros elétricos usados em meio urbano, a exemplo do que já acontece com seus antecessores a gasolina, ficarão a maior parte do tempo estacionados.
Isso significa, segundo o Dr. Willett Kempton, que os carros elétricos poderão fornecer eletricidade para a rede de distribuição.
As possibilidades são tantas que muitos especialistas na área não hesitam em falar de uma "Internet da energia", capaz de descentralizar a geração e a transmissão de eletricidade.

A busca por fontes de energia limpa está levando os pesquisadores a sonharem com uma Sociedade do Lítio. [Imagem: ChemSusChem]

O outro lado da moeda
Os especialistas brasileiros já visitaram a Alemanha e a Inglaterra, onde estabeleceram parcerias com as entidades distribuidoras de energia desses países, já bastante adiantados em direção às redes inteligentes de distribuição de energia.
Talvez por isso, é justamente de lá que veem as primeiras preocupações com a adoção de novas tecnologias na área.
Embora os "gatos" apareçam sempre taxados como ações criminosas, o professor Steve Thomas, da Universidade de Greenwich, aponta que as novas tecnologias na área na verdade representam uma "ameaça à saúde e ao bem-estar das pessoas que vivem em áreas residenciais mais pobres e mais vulneráveis".
Ele aponta sobretudo para o "outro lado da moeda" dos medidores inteligentes, que estão sempre conectados com a concessionária.
O problema, segundo o pesquisador, é que a troca de dados é de mão dupla, o que permite, por exemplo, que a concessionária altere o preço da energia conforme a a demanda, o que pode nada ter a ver com o consumo diário de uma casa.
Segundo ele, os aventados benefícios dos medidores inteligentes - leituras mais precisas, estimativa dos gastos em energia do mês e monitoramento do próprio consumo - poderiam ser alcançados por meio mais simples e mais baratos.
Para ele, enquanto na indústria o conceito é bem-vindo, já que as empresas podem mudar o turno de operações se a energia encarecer em determinados horários, para as residências isso significará uma "destruição de consumo".
Isso, segundo Thomas, porque as famílias não podem mudar o horário do banho ou o aquecimento para o meio do dia, simplesmente para terem descontos, e, ao contrário da indústria, não possuem um funcionário monitorando continuamente o preço da energia para poderem tirar vantagens disso.

O setor de energia limpa já deixou de se restringir a aplicações em nichos específicos, para se transformar em uma indústria mundial na primeira década do século XXI. [Imagem: Chandra Marsono]

Redes inteligentes no Brasil
O trabalho que está sendo produzido pelo CGEE, será a primeira etapa da proposta do grupo de especialistas e compõe uma das metas da Estratégia Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação.
O Brasil já conta com alguns estudos relativos ao tema Smart Grid em andamento. Entre eles, o da Associação Brasileira dos Distribuidores de Energia Elétrica (Abradee), em conjunto com a Associação de Empresas Proprietárias de Infraestrutura e de Sistemas Privados de Telecomunicações (Apel), ambos coordenados pela Aneel.
Esta iniciativa propõe um plano nacional para a migração tecnológica do setor elétrico brasileiro, da atual posição, para a adoção plena do conceito de Rede Inteligente.
O estudo, que conta com a participação de mais de 63 concessionárias brasileiras, deve ser concluído no final do ano.
Algumas concessionárias públicas de energia, como a Cemig, a Light e a Eletrobras, também fazem pesquisas e projetos na área.
O projeto Smart City (Armação de Búzios - RJ) é uma iniciativa nacional das empresas Emdesa/Ampla, parecida com o projeto desenvolvido em Magália, região da Espanha.
A versão fluminense receberá R$ 30 milhões nos próximos dois anos para instalar iluminação pública abastecida por painéis solares e miniaerogeradores, medidores inteligentes e carros elétricos.
A Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL Energia) investirá R$ 215 milhões em três anos para implantar tecnologias que incluem sistemas de telemedição (que atingirão 25 mil clientes até 2013), maior mobilidade ao enviar informações para eletricistas por meio de palmtops e instalação de chaves e equipamentos que flexibilizem e agilizem os centros de operação do sistema, caso haja problemas nas redes (já são mais de 2.000 chaves instaladas e, até 2013, serão pelo menos 5.000 pontos telecomandados).
"A oportunidade no mercado de trabalho é imensa e as empresas de energia estão de olho nela. A demanda é grande e tende a aumentar," conclui Ceres.

Energia - Energia solar transforma CO2 em combustível para carros

Um sistema integrado eletro-microbiano produz combustível a partir do CO2 e da luz do Sol.[Imagem: UCLA]

Eletricidade para carros
Carros elétricos não são aviões, mas eles certamente já teriam decolado se a tecnologia das baterias não estivesse praticamente estacionada nos últimos anos.
Mas está tomando corpo uma ideia que parece estranha à primeira vista, mas que tem potencial não apenas para explorar a energia solar, como também para alimentar os carros a combustão atuais com um combustível que será, essencialmente, gerado por eletricidade.
A ideia consiste em armazenar a eletricidade em combustíveis líquidos, que poderão então ser queimados por motores a combustão normais.
Ou seja, os carros poderiam ser indiretamente alimentados por eletricidade, sem que precisassem ser convertidos em veículos elétricos.
E o alcance disso pode ser ainda maior, uma vez que a fonte para a produção desse combustível líquido é o dióxido de carbono, que todo o mundo gostaria de varrer para debaixo do tapete - ao menos a parte gerada pelo homem - para tentar evitar o aquecimento global.
Uma demonstração de que isto é tecnicamente possível foi realizada pela equipe do Dr. James Liao, da Universidade da Califórnia em Los Angeles (EUA).
CO2 vira combustível
Liao e seus colegas desenvolveram uma técnica que usa eletricidade para converter dióxido de carbono em isobutanol.
Se for usada energia solar, o processo essencialmente imita a fotossíntese, convertendo a luz do Sol em energia química.
A fotossíntese é um processo que ocorre em duas etapas - uma etapa com luz e uma etapa às escuras. A reação clara converte a energia da luz em energia química, enquanto a reação escura converte CO2 em açúcar.
"Nós conseguimos separar a reação com luz da reação escura e, em vez de usar a fotossíntese biológica, nós usamos painéis solares para converter a luz do Sol em eletricidade, depois em um intermediário químico, e então usamos esse intermediário para alimentar a fixação do dióxido de carbono para gerar o combustível," explica Liao.
Segundo ele, seu esquema pode teoricamente ser mais eficiente, em termos da energia produzida, do que a fotossíntese natural.
Biorreator
Nem tudo é artificial nesse novo método. Os cientistas modificaram geneticamente um microrganismo litoautotrófico, conhecido como Ralstonia eutropha H16, para produzir isobutanol e 3-metil-1-butanol no interior de um biorreator.
O biorreator usa apenas dióxido de carbono como fonte de carbono, e apenas eletricidade como entrada externa de energia.
O desenvolvimento agora anunciado é um passo significativo em relação a uma pesquisa anterior divulgada pelo grupo, quando eles demonstrar o papel promissor das bactérias para a produção de um combustível alternativo.
Teoricamente, o hidrogênio produzido por energia solar pode ser usado na conversão do CO2 para sintetizar combustíveis líquidos com alta densidade de energia, também usando os microrganismos geneticamente modificados.
Mas as demonstrações em laboratório não têm conseguido passar para escalas maiores devido à baixa solubilidade, pequena taxa de transferência de massa e, sobretudo, pelas questões de segurança envolvendo o hidrogênio.
"Em vez de usar hidrogênio, nós usamos o ácido fórmico como intermediário. Nós usamos eletricidade para produzir ácido fórmico, e então usamos o ácido fórmico para induzir a fixação do CO2 nas bactérias, no escuro, para produzir isobutanol e alcoóis," explica Liao.
"Nós demonstramos o princípio, e agora queremos aumentar sua escala. Este é o nosso próximo passo," conclui o pesquisador.
Salve o CO2
Em 2010, outra equipe apresentou uma versão similar deste conceito, baseado em um óxido de terras raras:

• Reator imita plantas para produzir combustível solar

Duas outras pesquisas recentes merecem destaque nessa busca de transformar o CO2 de rejeito indesejado em energia útil:

• CO2 pode substituir petroquímicos usando técnica "diagonal"
• Dióxido de carbono é transformado em combustível usando energia solar

Informática - Computador quântico bate recorde de fatoração

Na técnica de estado líquido, uma piscina quântica dá a resposta ao cálculo ao tentar se ajustar ao seu menor estado possível de energia. [Imagem: Xu et al./PRL]

 

Fatoração quântica
Cientistas chineses afirmam ter batido o recorde de computação quântica, calculando os fatores primos do número 143 - o recorde anterior era o número 21.
Os computadores atuais não são nada bons em fatoração numérica, o que tem permitido a elaboração de esquemas de segurança - a chamada criptografia - baseados justamente na dificuldade em fazer essa fatoração.
Ou seja, o eventual desenvolvimento dos computadores quânticos colocará em xeque os atuais esquemas de segurança, exigindo o desenvolvimento de técnicas igualmente quânticas de criptografia.

• Criptografia quântica portátil chega ao mercado

O número 143 parece pequeno demais para ameaçar qualquer esquema de segurança. E é de fato.
Mas o que tira um pouco o entusiasmo em relação ao feito, anunciado por Jiangfeng Du, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Heifei, é a técnica de processamento quântico utilizada.
Computação adiabática em fase líquida
A equipe usou um processo chamado computação adiabática, o mesmo usado em 2006 por Ralf Schutzhold e Gernot Schaller, da Universidade Técnica de Dresden, na Alemanha, para fator o número 21.
Ao contrário das técnicas mais pesquisadas de computação quântica, baseadas em condensados de Bose-Einstein e, mais recentemente, em dispositivos de estado sólido, incluindo semicondutores e diamante, esse processo foi adotado em um experimento que se dá em fase líquida.
Há muitas dúvidas se o processo de estado líquido pode ser ampliado para números grandes o suficiente para que a técnica tenha algum efeito prático.
Os qubits dessa "piscina quântica" são os spins de núcleos de hidrogênio em moléculas de um cristal líquido (1-bromo-2-clorobenzeno).
Cada spin é um pequeno magneto, que pode ser manipulado usando disparos de ondas de rádio, em uma técnica similar à ressonância magnética.
Processamento coletivo
Em vez dos componentes individuais, tanto dos computadores clássicos, quanto das técnicas mais comuns de computadores quânticos, na computação adiabática a piscina de qubits é controlada para que responda às entradas do processamento de forma coletiva.
A piscina quântica está sempre buscando o nível mais baixo de energia. O truque é ajustar o sistema para que seu estado de mais baixa energia dê a resposta.
É mais ou menos como mexer com uma bola, fazendo-a correr sobre um pano esticado, para que ela atinja a posição correta - somente o algoritmo quântico correto permite que uma piscina quântica resolva um determinado problema.
O inconveniente também é óbvio: cada problema exigirá um "hardware" diferente.
A forma de cálculo mais utilizada nos experimentos com processadores quânticos é o chamado algoritmo de Shor.

Informática - Memória híbrida promete nuvem computacional mais verde

Como a tecnologia PCM nativa é não-volátil, ou seja, os dados não são perdidos quando o computador é desligado, o gasto de energia para gravação e acesso aos dados é radicalmente reduzido. [Imagem: University of Pittsburgh]

Consumo de energia dos data-centers
Colocar todos os seus arquivos na nuvem pode parecer razoável do ponto de vista da comodidade, da possibilidade de acesso de qualquer lugar ou mesmo da segurança.
Mas a questão se torna mais complicada quando o assunto é consumo de energia.
Quando seus dados estão no seu computador pessoal, você o liga sempre que precisa dos seus dados. Isto significa que ele permanecerá desligado na maior parte das 24 horas do dia - embora em menor medida, isto vale também para os dados "lá do escritório".
A nuvem da computação, por outro lado, promete disponibilidade 24 horas de acesso, 7 dias por semana. E isto significa que, em algum lugar do planeta, um computador estará continuamente ligado para dar-lhe a possibilidade de acessar seus dados, ainda que isso só ocorra eventualmente ao longo do dia.
A conta de energia fica cara mesmo quando se leva em conta que um só computador estará sendo compartilhado por usuários de todo o mundo: segundo os últimos cálculos da Agência de Proteção Ambiental dos EUA, os centros de dados ao redor do mundo já consomem 100 bilhões de kilowatts por ano.
Assim, qualquer medida que venha diminuir mesmo uma fração de ponto percentual dessa conta pode significar algo como uma usina de geração de energia a menos.
Memória híbrida de baixo consumo
Bruce Childers e seus colegas da Universidade de Pittsburgh estão prometendo mais do que isso.
Eles descobriram uma forma de criar uma memória híbrida com uma velocidade intermediária entre as memórias flash e as memórias DRAM, mas que consome uma fração da energia consumida hoje.
A equipe combinou uma DRAM, para garantir um tempo de acesso compatível com a exigência da maioria dos programas, com uma memória chamada PCM (phase-change memory - memória de mudança de fase),
Como a tecnologia PCM nativa é não-volátil, ou seja, os dados não são perdidos quando o computador é desligado, o gasto de energia para gravação e acesso aos dados é radicalmente reduzido.

• Nanomemória consome 100 vezes menos energia

As memórias PCM têm sido apontadas como uma tecnologia muito promissora, mas ainda enfrentam alguns desafios tecnológicos para sua viabilização comercial.
"Nosso trabalho também otimizou o tempo de vida das memórias PCM, permitindo que essa tecnologia dure o bastante para vários anos de uso nas condições típicas de um data center, algo que não era possível até agora," disse Childers.
O pesquisador afirmou que já está "trabalhando com um líder da indústria" para desenvolver o primeiro protótipo operacional, mas não divulgou o nome da empresa.

Materiais Avançados - Sapato feminino usa materiais inteligentes para ergonomia perfeita

Os sapatos inteligentes são fabricados seguindo a padronização normal por números, sendo ajustados ao pé de cada cliente na própria loja. 

 

Memória de forma
Um consórcio de engenheiros de universidades e empresas da Espanha e da França acaba de criar aquele que pode ser considerado o sapato de mais alta tecnologia já feito.
O material aparente do sapato pode ser couro natural ou sintético.
Mas seu "esqueleto" interno é totalmente construído com os chamados materiais inteligentes, ou materiais com memória de forma.
Materiais metálicos com memória de forma têm uma propriedade incomum: eles podem ser esticados, dobrados e torcidos, mas, quando aquecidos acima de uma temperatura limite, eles revertem para o formato original no qual foram fabricados.
A memória de forma geralmente é obtida em ligas metálicas especiais, algumas delas conhecidas como músculos artificiais.
Sapato verdadeiramente ergonômico
Foi uma dessas ligas, feita de níquel e titânio, e geralmente usada para o acionamento de robôs, que a equipe liderada pelo Dr. Juan Carlos González escolheu para criar um sapato feminino absolutamente ergonômico.
O resultado é um sapato que se conforma perfeitamente ao pé de cada mulher, de forma personalizada.

Os músculos artificiais - aqui vistos no furo central - foram testados exaustivamente para garantir conforto e estabilidade de formato ao longo da vida do sapato. [Imagem: Shopinstantshoe Project]

O processo funciona da seguinte forma: os sapatos inteligentes são fabricados seguindo a padronização normal por números, e seguem para as lojas.
Na loja de calçados, um pequeno aparelho térmico e um escâner portátil terminam o processo de adaptação do sapato ao pé de cada cliente.
Depois que a cliente escolhe o visual do sapato, o escâner toma as medidas antropométricas do seu pé, em 3D. Os sapatos são então inseridos no pequeno aparelho, que interpreta as medições feitas pelo escâner e ajusta o material inteligente no interior do sapato.
Em alguns segundos, a cliente tem seus sapatos perfeitamente ajustados a seus pés, sem nenhum ponto "pegando" e sem preocupações com dores induzidas por problemas de postura.
Se, ainda assim, a cliente mudar de ideia, como usualmente acontece com as mulheres nas lojas de calçados, basta que o vendedor coloque de volta os sapatos no equipamento e aperte uma espécie de botão de "reset", que faz com que a liga com memória de forma volte exatamente ao desenho que tinha quando saiu da fábrica.

Materiais Avançados - Fibra mais forte do mundo mistura natureza e alta tecnologia

As folhas de óxido de grafeno e os nanotubos misturam-se com as moléculas de polímero, organizando-se espontaneamente.

 

Inspiração natural

Pesquisadores coreanos criaram as fibras mais fortes do mundo usando a seda de aranha como inspiração para misturar dois materiais de última geração.
Embora a seda das aranhas seja incrivelmente forte, o material é feito de proteínas, o que faz com que se degrade muito rapidamente, inviabilizando aplicações práticas de natureza estrutural.
Por outro lado, os nanotubos de carbono e o grafeno são reconhecidos como os materiais mais fortes que se conhece.

• Grafeno é confirmado como o material mais forte que existe
• Nanotubos de carbono são duas vezes mais fortes do que se pensava

Fibra de polímero e carbono
Seon Jeong Kim, que já havia criado um tecido artificial de DNA com nanotubos, encontrou uma maneira de mesclar os nanotubos, que são cilíndricos, com folhas de óxido de grafeno, que são planas.
A inspiração para esta mistura insólita veio da seda das aranhas.
"A seda das aranhas é muito forte e flexível, e ela é composta de dois tipos de proteínas: um tipo planar, uma estrutura 2D conhecida como nanocristais beta, e um tipo corda, uma estrutura 1D conhecida como fios beta," explica Kim.
O pesquisador misturou as duas nanoestruturas de carbono em uma solução aquosa de álcool polivinílico (PVA) da qual foram gerados os fios, tratados com metanol para aumentar a cristalinidade do material.
Enquanto o elogiado fio de segurança das aranhas tem uma tenacidade de 165 J/g, as novas fibras compósitas alcançaram até 970 J/g, superior ao bem conhecido Kevlar®, usado em coletes à prova de balas, que alcança 786 J/g.

Esquema da evolução do processo de formação da fibra, que mistura estruturas tubulares e planares, como a seda das aranhas. [Imagem: Shin et al./Nature]

Fibra mais forte do mundo
Depois de testar múltiplas combinações de nanotubos e folhas de óxido de grafeno, o grupo de Kim concluiu que os melhores resultados são obtidos com uma proporção 1:1, que permitem o alinhamento espontâneo dos tubos e das folhas ao longo da direção da fibra.
Uma tenacidade de 970 J/g é o mais alto valor já relatado para qualquer material, o que torna este compósito a fibra mais forte que se conhece.
"Nosso processo de fabricação é muito simples e adequado para a indústria. Nós usamos óxido de grafeno barato e produzido em massa para substituir os mais caros nanotubos de carbono de parede única," disse Kim.
Enquanto nanotubos de carbono de alta pureza custam entre US$25.000 e US$90.000 o quilograma, o óxido de grafeno custa US$450 o quilograma.

Mecânica - Veículo a hidrogênio passa no teste das ruas

Tira-teima
Engenheiros suíços realizaram o primeiro teste de longa duração, em condições reais de operação, com um veículo a hidrogênio.
Embora sejam comuns em campanhas de marketing das principais indústrias automobilísticas, há vários entraves tecnológicos rumo à viabilização total de um carro a hidrogênio.
Pelo menos esse é o consenso entre os especialistas.
Mas os engenheiros do instituto EMPA não se deram por vencidos e decidiram testa um carro a hidrogênio com a tecnologia disponíveis hoje, e verificar se o que já está disponível não seria bom o suficiente.
Robustez
A tecnologia de célula a combustível a hidrogênio e motores elétricos foi incorporada em um veículo utilitário, dedicado à limpeza de ruas.
O veículo foi submetido a condições reais de operação na cidade de Basel, durante três meses, inteiramente operado pelos funcionários da companhia de limpeza.
O resultado foi melhor do que o esperado: ele só teve que ir para a oficina uma única vez, para troca de uma bomba de água e do conversor de tensão entre a célula a combustível e as baterias.
Segundo os técnicos, o teste demonstrou que as células a combustível estão prontas para serem usadas em aplicações reais do dia-a-dia, particularmente em nichos de aplicação, como nos utilitários de serviços públicos.
Economia de combustível
A principal vantagem do veículo a hidrogênio é a economia de combustível.
Em vez de 5 a 5,5 litros de diesel por hora - equivalente a um consumo energético de 180-200 MJ/h - o utilitário a hidrogênio gastou entre 0,3 e 0,6 kg de hidrogênio por hora - equivalente a 40-80 MJ/h.
Deve ser levado em conta que o custo inicial do veículo a hidrogênio é três vezes maior do que o mesmo modelo a diesel. Mas os engenheiros argumentam que as células a combustível, um componente importante do custo inicial, custam hoje um décimo do que custavam há 10 anos, e essa tendência está se mantendo.
No quesito emissão de poluentes, embora as células a combustível só emitam vapor de água como resíduo, é necessário levar em conta que o hidrogênio hoje é produzido pela reforma do gás natural. Ainda assim, o veículo a hidrogênio emitiu 40% menos CO2 do que a versão a diesel, levando em conta todo o ciclo.
Sem vazamentos
Não foi detectada nenhuma ocorrência de vazamento de hidrogênio, nem mesmo nas estações de reabastecimento, que eram operadas pelos próprios funcionários do serviço de limpeza da cidade, que usavam o veículo.
Os testes continuarão em outra cidade, uma vez que os engenheiros pretendem observar o comportamento do veículo a hidrogênio conforme suas peças se desgastam, a fim de calcular o custo total no tempo de vida do veículo.

Mecânica - Brasileiros fazem avanço rumo a carros a hidrogênio

Tipos de carros elétricos
Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos, da USP, fizeram avanços importantes rumo a veículo elétricos alimentados por hidrogênio.
A atual onda de carros elétricos fundamenta-se em dois tipos de tecnologias.
O primeiro tipo é formado pelos carros híbridos, que possuem motores elétricos, mas possuem também um pequeno motor a combustão, que pode ser usado para fornecer potência extra ou para gerar eletricidade para suprir as necessidades das baterias.
O segundo tipo são os carros realmente elétricos, alimentados unicamente por baterias. O primeiro carro de corrida elétrico, por exemplo, é desse tipo.

• O que vai alimentar os carros do futuro?

Mas há ainda um terceiro tipo, mais futurístico e mais promissor, e totalmente limpo, mas que ainda depende de vários desafios  tecnológicos a serem vencidos.
São os carros a hidrogênio, cuja eletricidade para os motores elétricos não é fornecida primariamente por baterias, embora elas eventualmente continuem a existir, mas por células a combustível, por sua vez alimentadas a hidrogênio.
Uma célula a combustível a hidrogênio consome o gás para gerar eletricidade, e emite apenas água como subproduto.
Catalisadores de terras raras
Um dos desafios a serem vencidos para viabilizar os veículos a hidrogênio é aumentar a eficiência e a durabilidade das células a combustível. E isso depende de catalisadores.
O que Vinícius Dantas de Araújo e Maria Inês Bernardi fizeram foi apostar em um óxido de terras raras para purificar o hidrogênio, evitando a deterioração dos eletrodos das células a combustível.
"Os eletrodos, responsáveis por transformar hidrogênio gasoso em eletricidade, param de funcionar muito rapidamente, caso haja a presença de monóxido de carbono nesse processo," explica Vinícius.
O material usado no catalisador é o óxido de cério (CeO2) dopado com cobre, ou seja, um átomo de cério na molécula de CeO2 é substituído por um átomo de cobre.
Isso criou um material que pode ser utilizado como catalisador para fazer a oxidação do monóxido de carbono (CO), transformando-o em CO2.
"A ideia é utilizarmos o catalisador [CeO2] para transformar o monóxido em dióxido, já que este último não inviabiliza o processo, como o CO", explica o pesquisador.
"Já fizemos testes de catálise e os resultados mostraram que o óxido de cério dopado com 3% de cobre já consegue fazer 100% de oxidação do monóxido em dióxido," completa.
Armazenamento ou produção a bordo
O armazenamento do hidrogênio é um problema à parte para a viabilização dos veículos elétricos totalmente limpos.
Seria impraticável guardar o hidrogênio em tanques pressurizados, como se faz hoje com o gás natural.
Por isto, as maiores apostas têm sido feitas em cima do armazenamento sólido de hidrogênio.

• Tanque de combustível sólido armazena até 10% de seu peso em hidrogênio

Vinícius aposta em uma alternativa, que ele considera bastante segura.
A ideia "seria armazenar nos automóveis um gás fonte de hidrogênio (como vapor de etanol) e fazer uma reação catalítica no veículo para obtenção do hidrogênio e, em seguida, utilizar o óxido de cério dopado com cobre para a purificação do gás rico em hidrogênio obtido [na primeira reação]," conta ele.
Assim, o material que ele está desenvolvendo poderia ser usado tanto na produção do hidrogênio, caso se adote o armazenamento do hidrogênio em tanques sólidos, ou na própria célula a combustível, caso a tecnologia que venha a ser adotada seja a produção do hidrogênio no próprio veículo.
Produção de hidrogênio a partir do etanol
Outra parte da pesquisa concentra-se em uma etapa anterior do processo, na produção do próprio combustível hidrogênio.
Neste caso, os cientistas estão testando o uso do cobalto como dopante, em vez do cobre.
O intuito final é que o óxido de cério dopado com cobalto seja eficiente na produção de hidrogênio gasoso, a partir da reforma do vapor do etanol.
"Pegamos as moléculas de etanol, as fazemos passar pelo catalisador e, do outro lado, tudo será transformado em hidrogênio e dióxido de carbono," explica Vinícius.
"O óxido de cério dopado com cobalto já conseguiu transformar o etanol em hidrogênio", comemora o pesquisador, embora ainda seja necessário trabalhar na questão da eficiência.
Resultados para o futuro
Vinícius está indo agora para a Universidade de Valência, na Espanha, onde pretende usar técnicas de caracterização óptica para correlacionar as propriedades ópticas e estruturais dos seus novos materiais catalisadores - o óxido de cério dopado com cobre ou com cobalto.
"No momento, esses materiais não são viáveis economicamente para uma produção em larga escala. Mas, em um futuro breve, isso mudará", finaliza Vinicius, apostando nos veículos a hidrogênio do futuro.

Meio ambiente - Mudança para tecnologias verdes pode iniciar guerras minerais

Metais raros
É cada vez maior a preocupação com o uso de metais muito raros, essenciais aos equipamentos de alta tecnologia.
Segundo um estudo que acaba de ser concluído por pesquisadores do MIT (Massachusetts Institute of Technology), uma mudança em larga escala rumo a fontes de energia mais limpas pode colocar em risco o suprimento desses elementos, especialmente de dois metais da família das terras raras.
A família das terras raras é composta por 17 elementos, que vêm sendo usados em inúmeras aplicações de alta tecnologia, de aviões a lasers e sistemas de imageamento médico.
Dois deles, o disprósio e o neodímio, são os mais sensíveis à disseminação dessas novas tecnologias, garantem Randolph Kirchain e seus colegas.
Longa vida à mineração
O disprósio e o neodímio estão presentes sobretudo na fabricação de ímãs de última geração, presentes nas turbinas eólicas e nos carros elétricos.
Mas há riscos de falta de suprimento envolvendo também o lantânio, cério, praseodímio, samário, európio, gadolínio, térbio e ítrio.
As projeções indicam elevações na demanda dos diversos elementos que variam entre 600% e 2.600% nos próximos 25 anos, enquanto a produção tem crescido alguns poucos pontos percentuais ao ano.
Recentemente o Serviço Geológico do Reino Unido criou uma lista de risco dos metais mais raros da Terra.
O professor James Burnell, do Serviço Geológico do Colorado, vai mais longe, e chega a falar em "guerras comerciais".
"Há um equívoco no público, que confunde mudança para energias alternativas com um abandono da mineração, o que não pode ser feito," diz ele, lembrando que a desejada diminuição da exploração do petróleo e do gás natural nada tem a ver com a extração dos outros minerais, embora ambas sejam mineração.
Uma grande variedade de metais raros são necessários para fabricar também os painéis fotovoltaicos para energia solar, as células de combustível para uma sonhada economia do hidrogênio, e até baterias de alta capacidade para os veículos híbridos e elétricos.
Terras raras da China
Assim, todos os metais, os raros e os não-raros, terão que continuar sendo produzidos pela mineração - que pertence ao setor industrial, e não ao setor primário, outra confusão comum.
Ocorre que os depósitos minerais não escolhem fronteiras, e não se distribuem equanimemente entre os países. Na verdade, a maioria dos metais de terras raras estão hoje em uma condição de quase monopólio, em poder da China.
E a China está se preparando para construir geradores de energia eólica que chegam a 330 giga-watts. Apesar disso, pressões recentes dos países desenvolvidos, que já protocolaram uma queixa contra o país na Organização Mundial do Comércio pela diminuição das vendas de terras raras já tenham feito as autoridades chinesas anunciarem que estão revisando esses planos.
Se o projeto for levado adiante, isso exigirá cerca de 59 mil toneladas de neodímio para construir os ímãs, o que é mais do que a produção anual do país desse metal. Ou seja, sobrará pouco abastecer o resto do mundo, que sonha ainda, além da energia eólica, com os carros elétricos.
Novas minas ou novas decisões
Assim, segundo Burnell, guerras comerciais, geradas pela busca de novos suprimentos de minerais, estão no horizonte.
No entanto, estima ele, nem o público e nem os políticos parecem estar cientes do problema.
A saída, segundo o pesquisador, está no investimento em novas tecnologias para a extração desses metais raros de outros tipos de minérios, além da busca por novas minas.
Pesquisas indicam, por exemplo, que os leitos dos oceanos têm depósitos ricos em terras raras, enquanto trabalhos iniciais apontam no sentido da sintetização de materiais raros derivando-os de elementos mais abundantes.
O Brasil tem uma das maiores reservas de terras raras do mundo mas, como parece ter firmado pé na decisão de ser um país agropecuário, não as explora.

Meio ambiente - Sistema de irrigação inteligente economiza água e produz mais

Economia de água na irrigação
O uso da irrigação está presente desde os primeiros registros históricos da humanidade.
Mas o problema crescente da escassez de água tem mostrado que é necessário economizar até mesmo quando o assunto é aumentar a produtividade na produção de alimentos.
Para isso, uma equipe de pesquisadores europeus desenvolveu uma tecnologia que eles chamam de sistema de irrigação inteligente.
O melhor de tudo é que, além de economizar água e reduzir o custo para os agricultores, o novo sistema resultou em um aumento na produção das lavouras.
"Nós desenvolvemos um sistema de irrigação inteligente que economiza 40% de água na irrigação. E nós esperamos que ele tenha um grande impacto porque 60% de toda a água doce no mundo é usada para irrigação," afirma o Dr. John O'Flaherty, coordenador do projeto Waterbee.
Rede de sensores na lavoura
Enquanto um sistema similar, desenvolvido nos Estados Unidos, usa a espessura da folha como indicador da hora de iniciar e interromper a irrigação, a equipe do WaterBee optou pela técnica mais simples, usando sensores de umidade colocados no solo.
A rede de sensores sem fios indica o nível de umidade do solo com precisão em cada área da lavoura.
Um programa de computador recebe as leituras dos sensores e avalia os melhores horários e a intensidade da água a ser lançada, de forma a maximizar os efeitos da irrigação, sobretudo o tempo de retenção de umidade pelo solo.
Segundo o Dr. O'Flaherty, calculando o uso do sistema apenas na Europa, o mercado potencial para a inovação atinge meio bilhão de euros.
Testes
O sistema está em fase de testes em fazendas de culturas variadas na Espanha.
Com os bons resultados iniciais, a equipe agora está irá iniciar uma segunda fase de avaliações, cujo principal objetivo é testar o sistema em diferentes climas e novas culturas.
Já foram selecionadas fazendas para testes na Estônia, Itália, Malta, Suécia e Reino Unido.

Nanotecnologia - Biossensores de nanotubos triplicam velocidade de exame

Nano-biossensores
Os nanotubos de carbono possuem propriedades mecânicas e elétricas tidas como extraordinárias, o que tem levado à sua aplicação sobretudo em novos materiais e em componentes elétricos e eletrônicos.
Mas pesquisadores da Universidade do Estado de Oregon, nos Estados Unidos, descobriram como tirar proveito de suas propriedades para a criação de sensores biológicos mais eficientes.
Eles conseguiram triplicar a velocidade com que seus "nano-biossensores" conseguem detectar moléculas e biomarcadores mais complexos.
Segundo a equipe, com os necessários desenvolvimentos, esses super-sensores poderão viabilizar a realização de exames clínicos na hora, no próprio consultório médico, além de servirem para aplicações em toxicologia, monitoramento ambiental e desenvolvimento de novos medicamentos.
Sensor de nanotubo
Tudo foi possível porque os nanotubos de carbono apresentam uma alteração em sua resistência elétrica quando um proteína toca neles.
Essa alteração elétrica, que pode ser medida externamente, varia de uma proteína a outra, permitindo que o sensor acuse a presença de proteínas específicas.
A grande inovação está em que os cientistas descobriram uma forma de evitar que as proteínas grudem no restante do aparato de medição, formado pelo microcanais por onde flui o líquido a ser testado - como o sangue, por exemplo.
Desta forma, elas chegam precisamente até os nanotubos, onde a medição é feita, viabilizando o uso da técnica em um aparelho portátil para a realização dos exames - eventualmente usando um biochip.
Agora a equipe quer melhorar a seletividade do sensor, fabricando nanotubos que aceitem uma proteína, mas não outras. Assim, um único sensor seria capaz de detectar múltiplos biomarcadores.

Robótica - Robonauta começa a testar luva robótica para metalúrgicos

Dando uma mãozinha

O Robonauta foi levado para a Estação Espacial Internacional em um dos últimos voos dos ônibus espaciais.
O principal objetivo do experimento, fruto de uma parceria entre a NASA e a GM, é desenvolver robôs que possam usar as mesmas ferramentas que os humanos.
O primeiro projeto, que agora está sendo colocado em marcha, é o desenvolvimento de luvas que atendam a dois requisitos: possam ser usadas por robôs e por humanos - já que ambos terão que usar as mesmas ferramentas -, e que ajude a evitar as lesões por esforços repetitivos nos trabalhadores da indústria.
O Robonauta será uma boa bancada de testes para isso, graças ao nível de destreza alcançado no desenvolvimento de suas mãos, que possuem sensores, atuadores e tendões comparáveis aos nervos, músculos e tendões de uma mão humana.
E ele não terá LER ou DORT se ficar testando uma luva por dias ou meses a fio.
Luva robótica
O primeiro protótipo da luva robótica mostrou que é possível reduzir a fadiga dos músculos das mãos, que se cansam depois de alguns minutos segurando a mesma ferramenta.
A grande vantagem é que a luva possui atuadores ativos, uma espécie de multiplicador de força - por exemplo, enquanto ferramentas usadas pelos astronautas no espaço pesam entre 7 e 10 quilos, o astronauta poderá manter a ferramenta firme fazendo uma força equivalente a 5 quilos.

Mais uma imagem de impacto criada pela NASA para divulgação, mostrando que os robôs podem dar uma mãozinha para os humanos. [Imagem: NASA]

A ideia é trazer isto para os trabalhadores na terra.
"Quando totalmente desenvolvida, a luva robótica poderá reduzir a intensidade de força que um metalúrgico tem que exercer quando manipulando uma ferramenta por um longo período de tempo, ou em movimentos repetitivos," disse Dana Komin, uma das engenheiras responsáveis pelo projeto.
Luva ativa
Atuadores semelhantes aos usados nas mãos do Robonauta foram incorporados na parte superior dos dedos da luva.
Sensores de pressão, também iguais aos do Robonauta, detectam quando o usuário da luva está fazendo força e acionam os atuadores no mesmo sentido do movimento, aliviando a carga do trabalhador.
Os protótipos pesam cerca de 2 quilos e incluem a eletrônica de controle, atuadores e um pequeno visor para a programação e diagnóstico da luva robótica.
Uma bateria de lítio deve ser pendurada no cinto, para alimentar o sistema todo.
Um protótipo de terceira geração, já em desenvolvimento, vai usar componentes integrados, para reduzir o tamanho e o peso do sistema.