Polyteck | Edição 06

CO2

de volta às origens

Dióxido de carbono bombeado ao subsolo por usinas geotérmicas reage com rochas vulcânicas e pode ficar imobilizado por milhares de anos. pág. 10

Distribuição Gratuita nº 06 | junho 2014

Biotecnologia | Empreendedorismo e Inovação Computação | Sustentabilidade e Ambiente www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 1 Engenharia, Energia e Materiais | Nanotecnologia

Plataformas de código aberto

automatizam

pesquisas

e processos Por Fábio Rahal

PLATAFORMAS COMO O ARDUÍNO, POSSIBILITAM A CRIAÇÃO DE PROJETOS DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE DE BAIXO CUSTO E FÁCIL IMPLEMENTAÇÃO.

M

onitorar as condições ambientais de um laboratório, tais como temperatura, pressão, umidade relativa, luminosidade, ruído sonoro e radiação pode ser fundamental em algumas pesquisas. Esse monitoramento faz parte de uma série de protocolos conhecidos como Boas Práticas de Laboratório (BPL) ou, no caso de indústrias, como Boas Práticas de Fabricação (BPF). A maneira mais óbvia e simples de fazer isso é instalar os sensores necessários e monitorá-los frequentemente, geralmente em horários e situações pré-derteminados. Essas informações auxiliam na identificação das condições que podem afetar

um determinado experimento ou até mesmo o funcionamento e desempenho de alguns equipamentos. No caso das indústrias química e farmacêutica, o monitoramento dessas informações também é essencial para a manutenção do registro de funcionamento junto aos órgãos reguladores.

Uma alternativa para esse método manual é construir um sistema que monitore as variáveis ambientais e os dados coletados do próprio experimento, registrando-os num computador de forma automatizada. No caso de um projeto mais elaborado, o sistema pode até disponibilizar os dados numa página da internet em tempo real, permitindo o monitoramento de

experimentos à distância. Esse tipo de sistema não é uma novidade e é adotado na maior parte das indústrias e grandes laboratórios, porém é uma realidade distante dos laboratórios de pesquisa das universidades, onde alunos passam horas monitorando algum experimento e anotando valores numa planilha, muitas vezes esquecendo de fatores ambientais significativos. Comprar e instalar um sistema desses está muito além do orçamento dos laboratórios, e construir um sistema por conta própria pode parecer assustador, principalmente quando os integrantes do grupo de pesquisa não possuem conhecimentos em eletrônica e programação.

www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 3

Open Source O Arduíno faz uso da a cultura do software livre, possibilitando que qualquer pessoa possa modificar e melhorar o projeto de hardware e software. Isso só é possível pois o projeto de hardware do Arduíno está sob licença Creative Commons e o software sob GPL/LGPL. Isso significa que qualquer pessoa pode construir sua própria placa baseada no Arduíno para fins pessoais ou comerciais, assim como qualquer um pode modificar o projeto original e criar uma nova placa. As únicas obrigações são dar os devidos créditos ao Arduíno e disponibilizar o seu projeto sob o mesmo tipo de licença.

Segundo os idealizadores as pessoas devem ter acesso ao projeto de hardware para estudar e entender como ele funciona, fazer mudanças e compartilhar essas melhorias. Esse tipo de pensamento resulta num desenvolvimento de hardware descentralizado, transparente e colaborativo. Em contraste com os equipamentos eletrônicos comerciais, que na sua maioria são caixas pretas onde os fabricantes restringem ao usuário apenas a utilização do mesmo não permitindo que se aprenda sobre a sua construção ou mesmo sobre o seu funcionamento.

Outra vantagem é a grande quantidade de empresas que fabricam as placas, shields e acessórios. Isso reduz os custos para o consumidor final, sendo possível encontrar placas a partir de R$ 30,00. Mesmo assim, os preços podem variar bastante entre os fabricantes, então uma boa pesquisa ajuda a economizar ainda mais no projeto. Também é possível encontrar placas com várias funções extras integradas ou, até mesmo, sistemas prontos baseados em Arduíno.

Router CNC Aqui no Brasil um técnico em eletrônica construiu um router CNC baseado em Arduíno Uno e controle GRBL, ambos de código livre. A partir de modelos CAD, o Arduíno controla motores de passo que, em conjunto com uma micro-retífica, gravam a peça. Jeferson Simões, autor do projeto, conta que a necessidade surgiu quando precisou criar moldes personalizados para chocolates. Ao pesquisar as opções percebeu que as impressoras 3D mais acessíveis tinham acabamento ruim e tempo de impressão muito alto. Já a maioria das máquinas CNC custavam acima de dez mil reais e utilizavam tecnologias ultrapassadas, tais como a defasada porta paralela de impressora. Só restava uma opção: colocar em prática o conhecimento conquistado na Universidade Federal de Itajubá e construir a máquina sozinho.

Simões levou um protótipo do router CNC que construiu para a Campus Party 2014. No evento, vários visitantes e campuseiros queriam saber mais sobre a máquina e principalmente, quando e por quanto ele iria vendê-la. A máquina também conquistou o primeiro lugar numa competição de robôs promovida no local, e ficou conhecida como “o robô que escreve em mármore”. Entusiasmado com o sucesso do projeto, Simões lançou uma campanha de crowdfunding para arrecadar capital e iniciar um negócio de fabricação de CNCs de baixo custo. Vale a pena conferir o projeto.

4 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

Faça você mesmo

JEFERSON SIMÕES EXPÕE UM PROTÓTIPO DE ROUTER CNC NA FIESP. A MÁQUINA UTILIZA ELETRÔNICA DE CÓDIGO LIVRE E É CONTROLADA POR COMPUTADOR PARA FAZER GRAVAÇÕES, CORTES E USINAGENS. Foto: FIESP

Smart Home Um exemplo interessante e que pode ser adaptado ao contexto dos laboratórios é o sistema Smart Home (casa inteligente) versátil e de baixo custo desenvolvido pelo sul coreano Shiu Kumar. O projeto utiliza um aplicativo Android que se comunica com um micro-servidor web para incorporar várias funcionalidades à casa inteligente. O projeto é capaz de acender e apagar luzes, controlar o ambiente e receber comandos de voz. Além disso é capas de detectar invasões na casa e disparar um alarme e enviar um e-mail de alerta. Kumar utilizou dispositivos como interruptores, tomadas e sirenes, além de sensores de temperatura, umidade, movimento e fumaça. Todos eles foram integrados numa placa Arduíno Ethernet, assim não houve necessidade da utilização de um computador local para registrar os dados.

Em 2005, um grupo de estudantes e professores de Design de Interação na Itália, criaram uma plataforma aberta de prototipagem eletrônica (PAPE), denominada Arduíno, com o objetivo de popularizar a criação de objetos e ambientes interativos.

O Arduíno consiste basicamente em uma placa com um núcleo processador, memória e entradas e saídas (digitais e analógicas). Ele é programável, pode receber informações de sensores, controlar dispositivos como motores e LEDs e também processar dados.

A versatilidade desse tipo de sistema está na possibilidade de integração com outros componentes como sensores e atuadores, que podem ser adaptados para utilização com Arduíno. Também é possível utilizar os shields, que são módulos prontos que adicionam funcionalidades à plataforma. Displays, conexão de rede, controle de motores e sensores de temperatura, umidade, pressão, luminosidade, detecção de gases, radiação, pH, entre outros podem ser comprados na forma de shields.

Seguindo uma tendência mundial de “faça-você-mesmo”, o Arduíno está a disposição para que qualquer um com conhecimentos básicos de eletrônica e programação possa criar projetos incríveis em todas as áreas a custos acessíveis. Por exemplo, utilizar Arduíno para automatizar a coleta de dados de experimentos pode ser a solução para os finais de semana perdidos no laboratório. Monitorar automaticamente as condições ambientais do laboratório durante um experimento pode explicar dados aparentemente aleatórios que são na realidade resultados de variações ambientais. É claro que quem não tem nenhum conhecimento sobre Arduíno terá que investir um tempo para estudar a plataforma e aprender a programar, mas a automação simples e a baixo custo pode render ótimos resultados para pesquisas em qualquer área do conhecimento. Além disso, a utilização da plataforma pode auxiliar na implementação dos protocolos de BPL dentro dos laboratórios universitários.

Automatize sua pesquisa

O primeiro passo é definir as necessidades de seu projeto. Para simplesmente monitorar as condições ambientais durante o seu experimento você vai precisar medir a temperatura, umidade e pressão.

Nessa etapa também é interessante definir outras funcionalidades como armazenar os dados em um computador local ou em um servidor web.

Em seguida deve-se escolher a placa e os acessórios - sensores, atuadores e shields - mais adequados para o seu projeto. Então é só montar o sistema e programar. Uma prática comum em programação é começar pelo mais simples e ir incrementando funcionalidades, testando a cada etapa para ver se tudo continua funcionando como esperado.

Claro que o processo não é tão simples assim, no entanto, graças ao caráter colaborativo da plataforma, existem muitos tutoriais, exemplos, códigos prontos, fóruns e pessoas dispostas a tirar dúvidas e auxiliar em qualquer parte do seu projeto. Qualquer um com vontade e iniciativa pode se aventurar nesse caminho. Com o Arduíno, além de automatizar e melhorar os resultados das pesquisas, você poderá criar projetos incríveis. ■ Fontes: »» Shiu Kumar, Int. Jour. of Comp. Networks and Comm. (IJCNC) Vol.6, No.1 (2014) »» Placas Arduíno - www.arduino.cc »» Shields Arduíno - www.circuitar.com.br »» http://arduinothedocumentary.org/ »» Router CNC Arduíno - http://catarse.me/pt/protoptimus

www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 5

Battery challenges for

electric vehicles

By André Sionek

Car manufacturers are focusing on the development of battery electric vehicles (BEVs) for mass markets. Still the big challenge for those companies is the same that have undermined the development of BEVs so far: batteries.

Car manufacturers place extraordinary demands on the power density, energy density and safety of the lithium-ion batteries they use, pushing the development of batteries that combine high performance with low costs.

As result, over the past four years, research and development on batteries for BEVs and plug-in hybrid electric vehicles funded by the US Department of Energy has led to cost reductions of approximately 50%. During the same period, battery energy density increased by 150%.

The auto industry also demands a large number of cells to make batteries for BEVs, pushing the development of a considerable market. For instance, Tesla Motors, a luxury electric car manufacturer, will deliver 35,000 cars by 2014 and expects to enter the mass market, delivering 500,000 electric vehicles by 2020. Other manufacturers have similar plans to enter the mass markets with BEVs at affordable prices in the next few years.

6 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

PANASONIC’S CYLINDRICAL 18650-TYPE CELLS USED IN TESLA MOTORS’ MODEL S SEDAN. ONE SEDAN REQUIRES 2,000 TIMES MORE BATTERY CAPACITY THAN A SIMPLE LAPTOP. Photo: Panasonic

Panasonic’s lithium-ion (Li-ion) battery division is resurgent thanks to Tesla Motors.

In the second quarter of 2013, it made about US$40 million in profits, a turnaround from one year before, when it lost US$20 million.

Panasonic went to the top of the list of cell suppliers for electric vehicles thanks to the use of several thousands of its cylindrical 18650-type cells in Tesla Motors’ Model S luxury sedan, an electric vehicle that packs a massive 60 kWh to 85 kWh worth of batteries. About 16,000 Model S units have been sold thus far, but a mere 20,000 Tesla Model S units use three times more battery capacity than 230,000 Toyota’s popular Prius hybrid family.

Accessibility to more, and cheaper, cells is key to ramp up BEV production further and target the mass market, as Tesla intends to.

So it caused a stir in the industry when Tesla announced earlier this year, plans to build its own lithium-ion battery factory based in the US. The Teslas’ US$ 5 billion ‘Gigafactory’, as it has been called, is designed to reduce costs of cells for battery electric vehicles much faster than the status quo and, by 2020, produce more lithium ion batteries annually than were produced worldwide in 2013. This means that this factory is designed to churn out cells for BEVs with a combined energy storage capacity of 35 GWh per year. Whether these plans are implemented as announced, or not, it illustrates the extent to which growth in the electric vehicle market and the battery industry are now intertwined.

Despite this progress, the wider market success of BEVs will strongly depend on further improvements in the specific energy (the amount of storable charge per weight) of commercially available batteries. Unless the specific energy of Li-ion cells could be increased above their current maximum of around 250 Wh/kg, the autonomy of BEVs will be much lesser than that of cars with combustion engines. www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 7

The anode is the secret

Three-dimensional view (a) and simplified cross-section view (b) of one pomegranate microparticle before and after electrochemical cycling (in the lithiated state). The self-supporting conductive carbon framework blocks the electrolyte while facilitating lithium transport throughout the whole particle. The void space around each primary particle allows it to expand without deforming the overall morphology.

The strategy for increasing the specific energy of batteries, is to store larger amounts of lithium in the anode. At the present, commercial lithium-ion batteries use nanostructured graphite anodes that are capable of storing lithium ions between the graphene layers in a process called lithiation. This type of anode has a theoretical specific capacity of about 370 mAh/g, that is too little to address mass market BEVs challenges. In the other hand, silicon is an attractive material for anodes because it has a theoretical specific capacity of up to 4,200 mAh/g, ten times the theoretical capacity of the state-of-the-art graphite anode. Silicon anodes can be used both in traditional lithium-ion batteries and in more recent Li–O2 and Li–S batteries. But the main challenges associated with silicon anodes is that repeated changes in volume (~ 300%) during battery cycling causes a rapid structural degradation of the anode as well as instability of the solid-electrolyte interphase, that forms at the silicon surface.

To address this problem, researchers have begun to work at the nanoscale

Photo: Yi Cui et al., Nature Nanotechnology

(b) SEM images of a series of silicon nanoparticle clusters with different diameters. (c) SEM images of silicon pomegranates showing the micrometre-sized and spherical morphology. (d) Magnified SEM image showing the local structure of silicon nanoparticles and the conductive carbon framework with well-defined void space between. (e) TEM image of one silicon pomegranate particle. (f) TEM image of the carbon framework after etching away silicon using NaOH. Photo: Yi Cui et al., Nature Nanotechnology

8 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

engineering of silicon-based anodes in order to accommodate these large volume changes. One example is the hierarchical structured silicon anode proposed by Yi Cui and his colleagues at Stanford University. The design is inspired by the structure of a pomegranate, a fruit considered to have originated in Iran, where single silicon nanoparticles are encapsulated by a conductive carbon layer that leaves enough room for expansion and contraction at lithiation and delithiation. Using a multistep synthesis process, the researchers embedded silicon nanoparticles in a carbon framework with internal void spaces that accommodate the vast volume increases during charging. This carbon framework allows lithium ions and electrons to be transported while keeping the electrolyte — and the formation of the solid–electrolyte interphase — away from the silicon nanoparticles. As a result of this hierarchical arrangement, the solid-electrolyte interphase remains stable and spatially confined.

The anode developed by the researchers

can maintain a specific capacity of over 1,160 mAh/g after 1,000 lithiation cycles. In addition, the microstructures lower the electrode–electrolyte contact area, resulting in high Coulombic efficiency and volumetric capacity.

Although the anode remains stable even when the real capacity is increased to the level of commercial lithium-ion batteries, the material is yet to be tested in a cell with a commercial cathode. For applications in battery electric vehicles, the anode would also be required to sustain a performance of over 2,000 cycles or more.

Despite the advances that have still to be made, these latest results illustrate the potential of nanoengineering at lithium-ion batteries and narrow the focus of start-up companies and larger manufacturers to silicon anodes.

However, even large manufacturers face considerable technological challenges.

For instance, Panasonic’s first commercial 18650-type cell with a silicon-based anode, which had been expected in 2013, has already been delayed.

But what will dictate the success of electric vehicles at mass markets is primarily the cost of batteries. Today, the cost of electrode materials already accounts for a significant proportion of the cost of Li-ion batteries. Less accessible base materials and complicated as well as lengthy syntheses will probably make high-capacity anodes based on nanostructured silicon more expensive than the graphitic ones that are being used at present. This is the reason why Tesla Motors is investing five billion dollars in a battery Gigafactory.

Cheaper and more efficient cell fabrication processes wont account for cost reduction as much as the economies of scale of the gigaproduction achieved at Teslas’ Gigafactory. ■ Read more: »» Christian Martin, Nature Nanotechnology 9, 327–328 (2014) »» Kevin See, Lux Research, Inc. September 07 2013 »»Tesla Motors »»Yi Cui et al., Nature Nanotechnology 9, 187–192 (2014)

www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 9

CO2 de volta às origens Por Raisa Jakubiak

A redução dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera foi apontado pela Organização das Nações Unidas (ONU) como uma das soluções necessárias para evitar desastres consequentes do aquecimento global. Uma das alternativas pouco conhecidas para diminuir a concentração deste gás na atmosfera é o seu armazenamento em rochas no subsolo.

Acelerando a formação de minerais carbonatos, é possível atingir um balanço no ciclo do carbono e fornecer uma solução duradoura para o aquecimento global.

10 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

A

Revolução Industrial não tem esse nome por acaso: é chamada “revolução” pois imprimiu mudanças significativas em quase todos os aspectos do cotidiano dos séculos XVIII e XIX. Produção industrial, novos processos químicos, uso de máquinas a vapor, domínio de processos de extração de ferro e, principalmente, o uso do carvão mineral como combustível são características marcantes deste período. Isso influenciou diretamente o modo de vida das pessoas da época. Segundo Robert E. Lucas Jr, ganhador do Prêmio Nobel de Ciências Econômicas em 1995: “Pela primeira vez na história os padrões de vida das massas de pessoas comuns começaram a se submeter a um crescimento sustentado... Nada remotamente parecido com este comportamento econômico é mencionado por economistas clássicos, até mesmo como uma possibilidade teórica.”

Junto com o advento da indústria vieram algumas mudanças no entendimento sobre a atmosfera do nosso planeta. Em 1820, Fourier calculou que a Terra seria muito mais fria se não tivesse uma atmosfera. Em 1859, John Tyndall descobriu que alguns gases bloqueiam radiação infravermelha. Na época, ele sugeriu também que mudanças nas concentrações desses gases poderiam causar mudanças climáticas no planeta. E em 1896, Arrhenius publicou um primeiro cálculo sobre como as emissões humanas de

A radiação infravermelho atinge uma molécula como o dióxido de carbono e faz com que as suas ligações atômicas começem a vibrar. Por conta dessa absorção de radiação a molécula ganha energia cinética, que pode então ser transmitidas a outras moléculas, tais como o oxigênio e nitrogênio, levando a um aquecimento geral da atmosfera.

CO2 poderiam causar aquecimento global.

A absorção de radiação infravermelha por determinados gases presentes na atmosfera (chamados de gases estufa) é essencial para a vida na Terra. Porém, na segunda metade do século XX ficou evidente que este efeito é potencializado pela ação humana, devido ao aumento da emissão de gases estufa.

Desde então governos e organizações vêm procurando soluções para frear o aquecimento global. Juntamente com incentivos para o desenvolvimento de fontes renováveis de energia, já foram assinados vários tratados para a redução de emissões de gases estufa. O mais famoso deles é o Protocolo de Kyoto, assinado em 1997 por vários países, mas rejeitado pelo senado americano.

Na metade século XVIII, as concentrações atmosféricas de CO2 eram de aproximadamente 280 partes por milhão (ppm). Hoje, estas concentrações excedem 390 ppm e continuam a subir rapidamente – cerca de 2 ppm ao ano. Adotar formas de geração de energia “livres” de carbono, como solar, eólica e nuclear, reduz os níveis de emissão de CO2. Contudo, os resultados da redução nas emissões obtidas por estes meios vêm no longo prazo, já que o processo de absorção do gás pela vegetação e oceanos é muito lento. Alguns cientistas sugerem que as concentrações

Efeito Estufa

poderiam ser diminuídas mais rapidamente se o CO2 fosse retirado da atmosfera e armazenado de alguma forma.

Esta solução seria rápida e eficaz, mas enfrenta dificuldades com relação aos custos e à possibilidade de vazamentos, que recolocariam o gás na atmosfera.

ferro - acabam não reagindo com o gás.

Entretanto um novo estudo, sugere que o CO2 pode ser retirado da atmosfera e armazenado de forma segura em rochas basálticas. O trabalho, realizado por pesquisadores da University College London e da University of Iceland, sugere que o gás reage rapidamente com o CO2 no subsolo basalto, podendo ficar imobilizado por Até hoje, a maioria dos projetos milhares de anos abaixo da superfície de armazenamento de carbono no sub- terrestre. solo têm injetado dióxido de carbono Para isso, os cientistas alteraram em grandes bacias sedimentares. No parte das operações de rotina da usina entanto, o aprisionamento do CO2 na geotérmica de Hellisheidi, na Islândia, forma de minerais carbonatos demora e adicionaram dióxido de carbono a dezenas de milhares de anos para ocor- um fluxo de água que é bombeado ao rer nesses sistemas. Isso porque os mine- subsolo. A reação de imobilização do rais silicatos das rochas sedimentares CO2 ocorre rapidamente no subsolo por- devido à falta de cálcio, magnésio e que as rochas basálticas são muito mais

Todo o carbono presente na atmosfera, nos seres vivos e dissolvido nos oceanos é proveniente de rochas. Eventualmente, ele irá voltar para estas rochas, que são o maior reservatório do elemento na Terra. O carbono move-se de um reservatório para outro, no que é chamado de ciclo do carbono. O que os seres humanos fizeram foi simplesmente acelerar este ciclo através da mineração e da queima de combustíveis fósseis, fazendo com que as concentrações de CO2 na atmosfera aumentassem.

www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 11

Esquerda: Usina de Hellisheidi, localizada no sudoeste da Islândia. É a maior usina geotérmica no mundo e também palco de experimentos de aprisionamento de dióxido de carbono em rochas basálticas. Direita: (A) O armazenamento de carbono em bacias sedimentares é feito através da injeção de CO2 puro em rochas sedimentares porosas. Nesse processo, o dióxido de carbono é idealmente preso abaixo de uma camada de rocha impermeável e eventualmente as moléculas ficam presas em pequenos poros. Ao longo do tempo o CO2 se dissolve na água e algumas moléculas reagem para formar carbonatos minerais estáveis. Embora este processo químico possa levar milhares de anos para ocorrer, o armazenamento torna-se mais seguro quando o gás é convertido em carbonato. (B) No método desenvolvido pelos pesquisadores, o CO2 é dissolvido em água durante a sua injeção em rochas basálticas. O gás dissolvido não migra de volta para a superfície e o aprisionamento nas rochas ocorre imediatamente, sendo que a maior parte do carbono é aprisionado em minerais dentro de um ano.

Créditos: ThinkGeoEnergy (foto) e P. Huey/Science (ilustração)

reativas em água, quando comparadas às rochas sedimentares. O basalto contém cerca de 25%, em peso, de cálcio, magnésio, e óxidos de ferro, metais que estão prontamente disponíveis para combinar com o CO2 injetado para formar minerais carbonatos.

Segundo Sigurdur Gislason, professor da Universidade da Islândia, apesar de processos parecidos já terem sido propostos anteriormente, o que impressiona neste caso é a velocidade das reações. Os pesquisadores mostraram que, dentro de um ano, 80% do CO2 havia reagido com magnésio, cálcio e ferro presentes no solo para formar minerais carbonatos como pedra-pomes. Outra vantagem é que as rochas basálticas são abundantes na superfície da Terra: cerca de 10% dos continentes e a maior parte do fundo do oceano é composta de basalto. Logo, a carbonatação dessa rocha poderia tornar-se uma importante solução para armazenamento de carbono.

Uma das maiores dificuldades desta técnica é o fato de que é necessário utilizar, de 10 a 20 vezes, mais água do que a massa de dióxido carbono que será armazenada. Com isso, os pesquisadores

estimam que custará, pelo menos por enquanto, o dobro das técnicas convencionais de armazenamento de CO2 – o que já é caro, tanto do ponto de vista financeiro quanto energético.

Estudos anteriores indicam que capturar CO2 da atmosfera poderia custar cerca de $300 por tonelada de CO2, totalizando um investimento de mais de $ 10 trilhões para reverter totalmente o aquecimento global. É um custo altíssimo, mas ainda economicamente viável.

Porém Kurt House, geocientista na C12 Energy em Berkeley, Califórnia, e colegas apontaram, num estudo publicado na Proceedings of the National Academy of Sciences, que apenas para capturar o CO2 da atmosfera seriam necessários $ 33 trilhões. Além disso, a energia consumida deve vir de fontes renováveis de energia, pois a quantidade necessária para realizar o processo, caso fosse proveniente da queima de combustíveis fósseis, emitiria quatro vezes mais carbono do que o capturado.

Já o físico Robert Socolow, da Universidade de Princeton, mostra-se otimista: “Eu concordo que este processo seria caro agora e de que precisaríamos

12 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

de fontes renováveis de energia para fazer isso. Hoje nós não sabemos como fazer isso com baixo custo, mas há trabalho a ser feito que pode diminuir os custos significativamente.”

Tudo indica que é melhor continuar investindo em fontes renováveis de energia, evitando o excesso de CO2 na atmosfera, do que ter que retirá-lo do ar. No entanto, relatórios publicados recentemente pela ONU indicam uma possível irreversibilidade das mudanças climáticas devido ao aquecimento global. Caso esse cenário se confirme, a captura de CO2 em rochas é uma alternativa promissora – desde que alguém esteja disposto a pagar por isso. ■ Fontes: »» S. R. Gislason et al., Science 344, 6182, 373-374 (2014) »» Lucas, Robert E., Jr., “Lectures on Economic Growth” 109–10 (2002) »» Kevin Bullis, “Storing Greenhouse Gases by Petrifying Them”, MIT Technology Review (2014) »» Sid Perkings, “Capturing CO2 Too Costly to Combat Climate Change?”, Science (2011)

Polimerização

mediada por

bactérias Por André Sionek

U

m polímero “moldado” por bactérias foi desenvolvido por pesquisadores do Reino Unido. O material é capaz de sequestrar bactérias para longe de um sítio infeccioso, atuando como um meio não letal de combater infecções.

O método é atrativo do ponto de vista de diagnóstico, já que pode facilitar a detecção de agentes patogênicos, auxiliando na escolha de uma abordagem terapêutica. Segundo os pesquisadores, os protocolos de polimerização desenvolvidos têm aplicação para um ampla variedade de microorganismos, incluindo estirpes patogênicas clinicamente relevantes.

Bactérias como moldes

Como quase todas as bactérias produzem macromoléculas complexas sob a forma de uma matriz extracelular (ECM), a ideia dos pesquisadores foi replicar o processo natural, criando uma ECM que utilizasse monômeros sintéticos em vez de precursores naturais. A maneira encontrada para atingir esse objetivo foi através da organização de monômeros sobre a superfície celular seguida por um processo de polimerização por radical livre que aproveita vias metabólicas naturais do microorganismo.

A primeira parte da estratégia envolveu o desenvolvimento uma Polimerização Radicalar por Transferência Atômica Mediada por Bactérias (b-ATRP). Para isso os pesquisadores escolheram dois monômeros específicos para serem utilizados na construção da ECM sintética: um cátion permanente que deveria se ligar fortemente à superfícies celulares negativamente carregadas; e uma sulfobetaína zwitteriônica, um composto químico eletricamente neutro, mas que possui cargas opostas em diferentes átomos, que deveria auxiliar na solubilidade do polímero e atuar como um espaçador entre as seções de ligação catiônica.

Após promover a polimerização, os polímeros foram isolados e analisados em termos da sua composição e habilidade de agregar bactérias. Polímeros moldados com E. coli rapidamente geraram grandes agregados de bactérias compatíveis (isso é, E. coli), mostrando a especificidade do material quando comparado a células incompatíveis de, por exemplo, P. aeruginosa.

Um novo método de síntese polimérica aproveita a estrutura da superfície celular de bactérias e as vias metabólicas naturais dos microorganismos.

O polímero obtido, que cresce a partir monômeros ligados à superfície da célula bacteriana, serve como agente de ligação específico para a bactéria que serviu como “molde” na reação. Assim o polímero produzido pode servir como um sequestrante de microorganismos, eliminando a necessidade da utilização de agentes biológicos delicados e caros.

A hipótese dos pesquisadores é que polímeros crescidos na presença de bactérias exibem variações sutis no espaçamento e sequenciamento dos monômeros. Segundo os pesquisadores, essa sequência de monômeros organizados espelha os componentes da superfície bacteriana, tais como carga e espaçamento entre receptores, de forma que eles são encodados como sequências de monômeros dentro da estrutura polimérica. Essa organização faz com que o polímero apresente maior propensão a se ligar às células que serviram como molde na sua produção. Por isso, os polímeros moldados por diferentes bactérias exibem diferentes seletividades para diferentes tipos de células, mesmo que os monômeros utilizados na síntese por b-ATRP sejam os mesmos.

As implicações desse trabalho são aparentes em sistemas de detecção de bactérias, onde a ligação seletiva de células ao polímero pode ser complementada com a adição de um marcador na superfície da bactéria a ser detectada. Algo com funcionalidades semelhantes a um teste ELISA, com a vantagem de que é adaptável a laboratórios menos especializados, pois o mecanismo de ligação da célula ao polímero é totalmente químico e por isso não requer nenhum tipo de armazenamento de reagentes biológicos no laboratório ou durante o transporte. ■ Fonte: »» Cameron Alexander et al., “Bacteria-instructed synthesis of polymers for selfselective microbial binding and labelling”, Nature Materials (2014)

www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 13

A geração #NãoPrecisoDeCarro Por André Sionek

A Geração Millenials tem causado dores de cabeça para os fabricantes de automóveis. As montadoras não conseguem entender porque essa geração, nascida entre 1980 e meados da década de 90, tem pouca ou nenhuma vontade de possuir um carro. Os interesses e prioridades dessa geração foram redefinidos nas últimas duas décadas, deixando automóveis em segundo plano e abrindo espaço para novas ideias de mobilidade urbana.

Entre 2007 e 2011, o percentual de veículos novos vendidos a clientes entre 18 e 34 anos caiu quase 30% nos Estados Unidos.

Muitos argumentam este é o resultado de uma economia fraca e que é difícil, para esta geração, assumir as parcelas de um carro junto com os gastos da faculdade. Mas esse não é o fator principal, principalmente se você considerar que a maior parte dos jovens possui smartphones, notebooks e outros gadgets que juntos somam um gasto mensal com créditos, internet e outros serviços que quase se comparam ao valor de uma parcela de um veículo popular.

O que as montadoras não perceberam é que os Millenials não associam mais carros à valores como liberdade, independência

14 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

e individualidade, que fizeram parte de toda uma estratégia de vendas para a geração precedente. Esta nova geração está estabelecendo identidades, relacionamentos e individualismo durante todo o dia com o auxílio da internet e de dispositivos móveis. Outra causa da queda das vendas se dá pelo aumento da popularidade do compartilhamento de veículos, um ramo do consumo colaborativo, tendência que ganhou força nos últimos anos devido a novas tecnologias que permitiram escalonar e simplificar o processo de compartilhamento através da internet.

A

ntes da internet, compartilhar uma prancha de surfe, um carro ou uma vaga de garagem era plausível, mas usualmente dava muito trabalho e não compensava o esforço. Hoje em dia, serviços como Airbnb, RelayRides e ZipCar (os dois últimos ainda não atuam no país, mas já existem serviços similares) conectam donos e locatários; smartphones com GPS possibilitam saber onde está estacionado o carro alugável mais próximo; redes sociais oferecem uma maneira de conhecer as pessoas e criar confiança; e sistemas de pagamento online cuidam da cobrança.

Impactos econômicos e ambientais

Esse consumo colaborativo é bom por muitas razões. Donos fazem dinheiro com bens subutilizados: existem mais de um bilhão de veículos na rua em todo o mundo, sendo que a maioria deles ficam parados 22 horas por dia. Alugar o carro em momentos que você não o utiliza, gera dinheiro que pode ajudar a pagar o combustível, impostos e manutenção do veículo. Quem aluga, por outro lado, paga menos do que se ele mesmo tivesse comprado um automóvel, ou recorrido a uma empresa tradicional de locação de veículos. E existem benefícios ambientais também: ao alugar um carro somente quando

você precisa, significa que é preciso fabricar menos automóveis, logo menos recursos naturais precisam utilizados.

A empresa de consultoria AlixPartners entrevistou 1.000 motoristas nos Estados Unidos para entender quais são as motivações das pessoas no uso de serviços de compartilhamento de carros e qual o seu efeito na venda de veículos novos. As conclusões são alarmantes para as montadoras e boas para o meio ambiente. Cada carro que é compartilhado evita a compra de 32 novos veículos.

A empresa estima que existam 500 mil veículos a menos nas ruas americanas devido ao aumento da popularidade dos serviços de compartilhamento. Já aqui no Brasil, um estudo da KPMG mostrou que 60% dos entrevistados acreditam que entre 6% e 15% dos brasileiros vão utilizar serviços de compartilhamento de carros nos próximos 15 anos.

Do ponto de vista ambiental também há impactos consideráveis. A City CarShare, uma organização sem fins lucrativos que possui mais de 400 veículos para compartilhamento na região da baía de São Francisco, EUA, estima que entre 2001 e 2012 foi evitada a emissão de 147 mil toneladas de CO2 na atmosfera devido ao uso dos seus carros compartilhados.

Zipcar é a maior rede de compartilhamento de carros do mundo, com mais de 767.000 membros em dezembro de 2012. Na foto um Chevrolet Volt da Zipcar em Chicago.

Foto: Douglas Rahden

www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 15

Ao contrário das gerações anteriores, os Millenials estão percebendo que não precisam de um carro para ter a sensação de liberdade e autonomia. O resultado é a queda na venda de veículos novos para o público jovem, e o crescimento de serviços alternativos de mobilidade urbana.

Foto: Shutterstock

Carsharing e confiança nos serviços

A prática de carsharing (compartilhamento de carros) ainda é similar à experiência de realizar a primeira compra online há 15 anos. Na época as pessoas estavam preocupadas com a segurança, mas tendo feito uma compra bem sucedida elas se sentiam seguras para comprar em outro lugar. Da mesma forma, ter uma boa experiência com um serviço de compartilhamento de automóveis na primeira "compra", incentiva as pessoas a utilizar o serviço outras vezes.

Carsharing no Brasil

Algumas empresas já estão implementando as tecnologias e parcerias necessárias para poularizar o carsharing entre os jovens brasileiros.

Um exemplo mais tradicional é a ZazCar que no momento atua somente em São Paulo e funciona no mesmo modelo que a americana ZipCar. A empresa possui uma frota de veículos espalhados pela cidade que podem ser alugados por hora. O cliente faz a reserva pela internet e se dirige a um dos locais de retirada. Destrava as portas do carro com um cartão RFID e utiliza o veículo durante as horas reservadas e o devolve ao final do período no mesmo local onde retirou. O combustível e seguro estão inclusos no aluguel.

Outro exemplo é a Fleety, que escolheu a cidade de Curitiba para inaugurar o seu serviço de carsharing peer-to-peer (P2P). O serviço permite que indivíduos compartilhem seus carros pessoais diretamente com outras pessoas. No caso do Fleety, uma plataforma mobile conecta quem precisa de um veículo com quem quer ter uma renda extra alugando seu próprio carro. Os proprietários cadastram seus carros no website e indicam os dias em que o veículo estárá disponível, assim como o

16 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

preço por hora ou dia. Já quem quer alugar envia uma proposta para o dono do veículo. Ao receber uma proposta de aluguel, o proprietário tem autonomia para decidir se vai alugar o carro ou não. O resultado é que quem aluga o carro gasta menos do que num aluguel tradicional e o dono do veículo ganha dinheiro com o carro que estaria parado na garagem. O seguro do serviço cobre todo o período da locação. A startup aposta principalmente no público jovem já que esta geração não valoriza tanto o carro próprio e tem maior flexibilidade para utilizar novos serviços.

A verdade é que os Millennials utilizam a tecnologia em todos os aspectos de suas vidas, desde se conectar com amigos e família até na realização de tarefas profissionais. Seus smartphones e tablets são seus bens mais preciosos, e tem um valor muito maior do que possuir um carro. É por isso que o mercado de consumo colaborativo cresce tanto entre os jovens. Não sentir mais a necessidade de serem definidos pelos seus carros, mas sim pelo que dizem, compartilham, capturam e criam pode até ser um sinal de maturidade desta nova geração de consumidores. E além disso, é proibido dirigir utilizando o celular. ■ Fontes: »» Darren Ross, “Millennials Don’t Care About Owning Cars, And Car Makers Can’t Figure Out Why”, Fast Company, Março 2014 »»Alix Partners, “AlixPartners Study Indicates Greater Negative Effect of Car Sharing on Vehicle Purchases”, Fevereiro 2014 »»The Economist, “The rise of the sharing economy”, Março 2013 »» KPMG, “Global Automotive Executive Survey”, 2013 »» Zazcar - http://zazcar.com.br/ »» Fleety - http://fleety.com.br/

Por Raisa Jakubiak

Q A cada quatro anos o mundo pára para assistir aos melhores atletas do mundo superarem suas próprias marcas assim como quebrarem os Recordes Olímpicos e Mundiais. É como se a cada ano que passa o ser humano provasse que pode evoluir, atingindo velocidades, alturas e força quase sobre humanas. Isto é parte do Mote Olímpico: “Citius, Altius, Fortius.” – Mais rápido, mais alto, mais forte. Mas será que isso é simplesmente resultado da evolução humana?

uando comparadas a longo termo, as diferenças parecem gritantes. O vencedor da Maratona Olímpica de 1904 levou quase uma hora e meia a mais do que o campeão olímpico de 2012 para correr os 42 km de prova. Em 1936, o Recorde Olímpico de 10,3s nos 100 metros rasos era mantido pelo lendário Jesse Owens. Recentemente Usain Bolt fez os mesmos 100 metros rasos em 9,63s. Isso significa que, se os dois fossem competir entre si hoje, quando Usain Bolt atingisse a linha de chegada Jesse Owens ainda teria de percorrer aproximadamente 4 metros. Quando se trata de velocidade, alguns milisegundos, quase imperceptíveis no mundo real, significam muita coisa. Mas a diferença não se limita aos atletas. Usain Bolt iniciou a corrida impulsionando a si mesmo a partir de blocos sobre um tapete projetado especialmente para que os atletas possam se mover o mais rápido possível. Jesse Owens correu sobre cinzas de madeira queimada. Esse terreno macio certamente ”roubava” mais energia cinética das pernas do atleta, por absorver mais o impacto dos passos. E na largada, ao invés de utilizar blocos desenhados para maximizar o esforço do atleta, Owens cavava buracos nas cinzas para encaixar seus pés para a largada. Assim, levando estes fatos em consideração, do ponto de vista biomecânico, Owens e Bolt certamente teriam um desempenho semelhante se tivessem corrido na mesma superfície. A diferença causada pela tecnologia de superfícies é grande do ponto de vista das corridas de velocidade, a ponto de Bolt ser chamado de sobre humano.

www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 17

Se Owens (topo) e Bolt tivessem disputado os 100 metros rasos no mesmo tipo de superfície, provavelmente teriam desempenhos semelhantes.

Créditos: Nick Webb (Foto de Usain Bolt), Autor desconhecido/Domínio Público (Foto de Jesse Owens)

Já em 1954, Sir Roger Bannister foi o primeiro homem na história a correr uma milha (aproximadamente 1,61 km) em menos de quatro minutos. Até o fim do último ano, 1314 homens realizaram o feito nos Estados Unidos. Mas assim como Jesse Owens, Bannister também correu em uma pista de cinzas. Para se ter ideia da diferença entre correr em cinzas e nas pistas sintéticas de hoje, especialistas em biomecânica chegaram a um consenso de que correr a moda antiga seria 1,5% mais lento. Desta maneira, se você adicionar 1,5% do tempo a cada um que correu uma milha em menos de quatro minutos, apenas 530 mantém a marca. Olhando por esta perspectiva, pouco menos de 10 homens por ano conseguiram chegar a esta marca.

Drogas responsáveis por aumentar a performance de atletas também fizeram muita diferença em alguns esportes, mas foi a engenharia que fez grande diferença no desempenho de atletas de todas as modalidades. Os trajes nos esportes de velocidade são cada vez mais aerodinâmicos, os calçados são desenvolvidos com materiais mais leves e designs especiais. Novos materiais compostos de fibras de carbono, e agora até mesmo de nanotubos de carbono, são mais leves e oferecem mais resistência mecânica para uma série de equipamentos esportivos, que variam de esquis e calçados, até embarcações para remo.

A lista de inovações no esporte não tem fim.

Em 1972, Eddy Merckx bateu o recorde da maior distância percorrida de bicicleta em uma hora: 49,43 km. Depois, este recorde aumentou à medida que as bicicletas se tornaram mais aerodinâmicas. Até que em 1996, o recorde foi de 56,8 km. No ano 2000 a União Internacional de Ciclismo decidiu que quem quisesse bater este recorde deveria fazê-lo exatamente da mesma

maneira que Eddy Merkx fez em 1972. Qual é o recorde hoje em dia? 49,7 km.

Mas a tecnologia esportiva não é a única coisa fazendo com que os atletas cheguem mais longe. Se por um lado nós não evoluímos para uma nova espécie em um século, a escolha dos atletas em potencial com base nas suas características genéticas certamente mudou. No começo do século XX, os treinadores acreditavam que o melhor biótipo para a prática de todos os esportes era o porte médio: altura média, peso médio, independente do esporte. E isso era visto no corpo dos atletas. Em 1920, um atleta de salto em altura e um levantador de peso tinham exatamente o mesmo tamanho. Mas com o avanço da engenharia do esporte ficou claro que o que se procura são atletas com características especiais para cada esporte. Assim, os treinadores começaram a selecionar biótipos específicos, tanto que hoje observa-se uma uniformidade de biótipos dentro de uma modalidade e diferenças enormes entre atletas de diferentes modalidades. Enquanto um halterofilista deve ter um corpo mais achatado e robusto, com pernas curtas, um saltador em altura deve ter o corpo longilíneo, leve e pernas longas.

Nadadores devem ser altos e assim por diante.

Esses desdobramentos no esporte nos dão uma breve ideia de como as mudanças geradas pela engenharia melhoraram os resultados de atletas de elite. Apesar de não estarmos presenciando uma geração de atletas super-humanos, a cada Olimpíada nos inspiramos com a força de vontade e dedicação desses atletas que se esforçam para melhorar a cada dia, mesmo sabendo que nunca chegarão à perfeição. ■ »» Escrito com base no TED de David Epstein: “Are athletes really getting faster, better, stronger?”, Março de 2014

Patrocínio: Edição 06 | junho de 2014

Tiragem: 10 mil exemplares Distribuição Gratuita A Polyteck é uma revista interdisciplinar de tecnologia e ciência distribuída gratuitamente dentro das principais universidades e centros de pesquisa.

Informações sobre anúncios e parcerias estão disponíveis em: www.polyteck.com.br/anuncie Envie sua crítica, elogio ou sugestão para: contato@polyteck.com.br

Editora Polyteck Ltda - ME Rua Irene Túlio, 192, casa 4 Santa Felicidade, Curitiba - PR 82.410-440 CNPJ: 18.786.870/0001-01

Diretor Executivo: André Sionek Diretora de Redação: Raisa Requi Jakubiak Diretor Comercial: Fábio A. S. Rahal Gerente Comercial: Valquiria A. Monteiro Revisão: Thiago Marquardt Imagens: Shutterstock, stock.xchng, PhotoDune Impressão: Gráfica Exklusiva

Parceiros:

Este trabalho é licenciado sob Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License. Os pontos de vista expressos nos artigos não refletem necessariamente a posição da Editora Polyteck.

Latino Australia Education Especializados em educação na Austrália

Quem Somos

A Latino Australia Education - LAE é especializada em educação internacional e a única representante de todas as universidades australianas no país.

Atua também como interlocutora e facilitadora para que universidades brasileiras busquem ampliar suas parcerias na Austrália, através de acordos de pesquisa e colaboração, intercâmbio de alunos, professores e acordos bilaterais ou multilaterais.

Oferecemos suporte desde a escolha do curso, documentação, vistos, acomodação, passagens aéreas e aconselhamento sobre instituições educacionais.

Serviços

www.latinoaustralia.com.br/ciencia-sem-fronteiras

/laebrasil