Grafeno setembro 2023

no 8 | setembro 2023

NANOTECNOLOGIA E SUSTENTABILIDADE NO GRAFENO FÓRMULA SAE MAUÁ RACING TEAM POR QUE APOIAR GRAFENO? GRAFENO COMO SOLUÇÃO EM ADSORVENTES DE SISTEMAS DAC GRAFENO EM COSMÉTICOS

VEJA TAMBÉM PRIMEIRO ENCONTRO NACIONAL DO FÓRUM GRAFENO

24 de Novembro - ISI Materiais Avançados Teatro SENAI Mario Amato - SBC 8:00 - Check-in

1º Encontro Nacional do

Fórum Grafeno 2023

Programação

8:30 - Boas Vindas: Carlos Alberto Pereira Coelho (Diretor da Escola e Faculdade SENAI Mario Amato) 8:40 - Palestra: O Inmetro e o papel da Metrologia Científica para a cadeia produtiva do Grafeno - Luiz Fernando Rust da Costa Carmo ( INMETRO) 8:50 - Palestra: SENAI e o Grafeno - Eunézio Antônio Thoroh de Souza - ISI Materiais Avançados 9:10 - Palestra: Infraestrutura da Qualidade: Instrumento de Inovação e Competitividade -Marcos Heleno Guerson de Oliveira Júnior (Superintendente do IPEM-SP)9:40 - 1º Painel Temático: Práticas Comerciais - Diego Piazza (UCSGRAPHENE, Unidade EMBRAPII /MCTI) 10:10 - Coffee Break 2º Painel Temático: ESG (Environmental, Social and Governance) 10:30 - Palestra: "Toxicologia e Segurança do Óxido de Grafeno: Resultados, Desafios e Perspectivas para Inovação Sustentável" - Diego S. T. Martinez (LNNano/CNPEM) 10:50 - Palestra:"Interface entre as Iniciativas do MCTI para os Materiais Avançados e os princípios do ESG - Felipe Bellucci (MCTI) | Tadzo Queiroz (FINEP) | Janayna Bhering (Fundep) 11:50 - Discussões e perguntas 12:30 - Palestra : Caracterização de grafenos por sistema hifenado - Patricia Bento da Silva - PerkinElmer 13:00 - ALMOÇO (Não Incluso na Inscrição) 14:00 - Mesa Redonda: Metrologia de Grafenos |Moderador: Oleksii Kuznetsov (INMETRO) Erlon Henrique Martins Ferreira (INMETRO) | Luis Gustavo Cançado ( UFMG) | Thiago Cipriano (SENAI) 15:30 - Coffee Break 16:00 - Mesa Redonda: Projetos Inovadores em Grafeno: o papel das ICT’s, startups e indústria no escalonamento da tecnologia |Moderadora: Joyce Araújo (INMETRO) Alexandre Corrêa (Gerdau Graphene) | Cassiano Rabelo (FabNS) |Claudemir Gracino (Skintech Tecnologia) |Hállen Daniel Rezende Calado (CTNano / UFMG) Marco Colosio (General Motors / FSA) 17:30 - Encerramento

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SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos Eireli (19) 3288-0437 Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP) www.sfeditora.com.br

COLUNAS Editorial 5 Grafeno! A caminho para a consolidação de um material estratégico por Marco Antonio Colosio A oitava edição da Revista Grafeno é uma comprovação real que temos boa vontade e acreditamos no futuro do grafeno em nosso País.

Marco Antonio Colosio Editor Chefe, marcocolosio@gmail.com

Leandro Antunes Berti Co-editor Chefe, www.leandroberti.com.br

Udo Fiorini Publisher – Diretor Comercial, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789

Marcelo Alexandre Tirelli Direção Técnica, dr.marcelotirelli@gmail.com

Coluna 6

Camila Boldrini Nascimento Coordenação Técnica Estudantil, camila.nascimento@fsa.br

GRAFENO, UMA HISTÓRIA DE VIDA! Grafeno no mundo dos polímeros por Guilhermino José Macêdo Fechine Vou utilizar da narrativa do meu encontro com o grafeno para discutir um pouco sobre o quanto esse material impacta na área dos polímeros.

Geisi Barreto Direção de Marketing, geisi.barreto@gmail.com

Mariana Rodrigues Redação – Diagramação, marianar205@gmail.com • (19) 3288-0437

Jéssica Carboni Vendas, jessica@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437

Coluna 8

ANUNCIANTES Fórum Grafeno

2, 38

CT Nano UFMG

20

Hexo Graphene

35

Portal Aquecimento Industrial

36

PerkinElmer

37

www.gov.br/inmetro/pt-br caracterizacao@ctnano.org

www.hexographene.com.br

www.aquecimentoindustrial.com.br www.pekinelmer.com.br

ESG e Mobilidade Sustentável por Maria do Carmo Rodriguez O conceito de ESG / ASG práticas ambientais, sociais e de governança de uma organização associadas aos 17 SDGs / ODS da ONU, e ao Acordo do Clima de Paris, tem sido amplamente discutido e a agenda ESG começa a ser incorporada.

Coluna 11 Grafeno e Perovskita na produção de energia por Fernando Galembeck O grafeno está encontrando várias aplicações na área de energia. Para isso, contribuem sua condutividade elétrica, resistência mecânica e outras propriedades únicas.

Coluna 13 Bioplásticos de Engenharia por Erwin Franieck Em nossa terra Brasilis, em que se plantando tudo dá, temos a oportunidade de exercitarmos nosso olhar de pesquisador, e criador de soluções que nem a Nasa acredita.

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Coluna 14 Ferramentas de Engenharia: O amor por Eduardo Nunes Todo o projeto começa com o final em mente, ou pelo menos com um ou alguns dos objetivos. Seja ele pessoal ou profissional, o custo-benefício deve valer a pena, os riscos e tempo do projeto devem ser analisados e planejados. E quando os imprevistos acontecem.

Coluna 15 Primeiro Encontro Nacional do Fórum Grafeno – Brasil na Vanguarda da Certificação e Aplicações em Larga Escala do Grafeno por Joyce Araújo Há menos de 30 dias para o “Primeiro Encontro Nacional do Fórum Grafeno”, a ser realizado no Senai Mario Amato em São Bernardo do Campo-SP, no dia 24 de novembro de 2023, já se pode imaginar a importância desse evento para a indústria brasileira.

ARTIGOS Por que apoiar Grafeno? 16 por Henrique Vasquez Feteira do Vale O grafeno e seus materiais relacionados são conhecidos por serem superlativos - suas propriedades superam os materiais convencionais em diversas aplicações.

Fórmula SAE Mauá Racing Team 21 por Thiago Cavalheri dos Santos Souza e Willian Kurilov de Morae A Maua Racing é a equipe de Fórmula SAE do Instituto Mauá de Tecnologia, que participa das competições estudantis nacionais promovidas pela SAE desde 2006, tendo representado o Brasil em competições internacionals diversas vezes.

Nanotecnologia e sustentabilidade 25 por Douglas S. Rocha, Pedro Carísio, Oscar A. M. Reales e Joyce Araújo Quando abordamos o campo da ciência, imediatamente visualizamos um futuro avançado repleto de tecnologias que antes eram exclusivas aos filmes de ficção científica.

O papel do grafeno como solução em adsorventes de sistemas DAC por Camila Duarte, Luan Moura, Victor Aragão, Bruno Caetano Silva e Rodrigo Coelho O aumento exponencial das emissões de gás carbônico (CO2), ano após ano, acendeu o alerta global para as variações climáticas.

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Grafeno em Cosméticos: Impulsionando a Inovação na Engenharia Química através da Nanotecnologia 31 por Marcelo Alexandre Tirelli O grafeno, uma lâmina bidimensional de átomos de carbono organizados em uma estrutura hexagonal, emergiu como um material de grande interesse científico e comercial desde sua descoberta e isolamento bem-sucedidos em 2004

4 | setembro 2023 | Revista Grafeno

editorial

Grafeno! A caminho para a consolidação de um material estratégico A

oitava edição da Revista Grafeno é uma comprovação real que temos boa vontade e acreditamos no futuro do grafeno em nosso País. Diante de vários acontecimentos marcantes ocorridos neste ano de 2023, dentre eles, o cenário econômico, político e geopolítico; acreditamos que a humanidade vai evoluir, momentos difíceis passam, mas as contribuições para o crescimento da sociedade marcaram esta época.

Nesta edição, além dos temas dedicados a diversos assuntos em colunas, artigos e material de marketing, apresentarei um em especial, o encontro integrador de iniciativas, propostas e estratégias, com a presença de autoridades formadoras de opinião, ou seja, o Primeiro Encontro do Fórum Grafeno a ser realizado no SENAI ISI de SBC em 24 de novembro de 2023.

Como um especialista em eventos, com de mais de 15 anos de experiência na Regional São Paulo da SAE BRASIL, concluo que a união do interesse do INMETRO, juntamente com a vocação do SENAI ISI em Materiais Avançados está sendo a receita perfeita para a comunidade do Grafeno passar para um novo e superior patamar tecnológico; e é neste ponto que dedico meu editorial.

A criação do Fórum Grafeno foi uma iniciativa do INMETRO para atender uma política de governo na “energização” do grafeno em solo Brasileiro. Neste seleto grupo, representantes, especialistas, personalidades atuantes no segmento, empresas e instituições de pesquisa e ensino unidos para um único propósito: tirar de vez o assunto grafeno das pranchetas de discussões e passá-lo para a fase de produtos industrializados de valor agregado. A Revista Grafeno, em edições anteriores, tem apresentado diversos materiais abordando o assunto em vários pontos de vista, na visão do INMETRO e dos participantes, deem uma olhada!

A Doutora Joyce Araujo e Doutor Oleksii Kuznetsov da Diretoria de Materiais do INMETRO receberam esta missão para conduzir este assunto e partiram para convidar representantes das diversas áreas de interesses para participar de encontros periódicos na criação da estratégia de trabalho. Tive o orgulho de ser convidado e trazer um pouquinho da visão do setor automotivo e também na forma eficiente que operamos nossos negócios. Neste ponto e em uma análise imediata, percebemos que o grafeno ainda não passaria pela maior prova para sua industrialização, ou seja, ainda não existe confiabilidade para dizer que o produto com grafeno, que poderíamos estar usando em nossos componentes, seria mesmo um grafeno com comprovação laboratorial. Interessante discussão, mas as técnicas de medição e certificação não são robustas suficientes para comprovar o produto grafeno, seja ele um “single material”, uma blenda ou um componente final. O setor da mobilidade é muito exigente e repleto de procedimentos e especificações e não ter conhecimento de 100% do que estamos lidando elimina qualquer probabilidade de avanço na área.

O evento do dia 24 de novembro será um marco importante para consolidação de uma política sólida e robusta a caminho de

nossos propósitos e os palestrantes e debatedores foram escolhidos especialmente para agregar valor ao tema. A coordenação do evento, juntamente com os especialistas Joyce e Olekssi, criou uma programação de temas que poderá ser o pilar principal desta questão técnica. As entidades que participarão poderão levar esta discussão para dentro de suas repartições e a partir do que estamos oferecendo, dar maior visibilidade ao campo, seja em fomentos públicos e privados, programas de aceleração do grafeno e incentivos futuros para os pesquisadores da área.

Durante a elaboração deste evento, tenho discutido muito para não ser mais um na área de apresentações técnicas, ou seja, nosso foco adicional é acelerar a missão do Fórum Grafeno, por isto, o seu caráter está mais para um workshop e integração de personalidades de valor ao setor. Neste sentido, a Revista Grafeno, com sua estrutura e conhecimento, recebeu esta missão e será responsável pela compilação posterior dos acontecimentos ocorridos e resumos dos temas na sua próxima edição. Com muito orgulho, eu acredito em poder ajudar neste vasto campo ao nosso País e agregar valor ao grafeno, além das “commodities” envolvidas, que, sem dúvidas, também serão uma marca de exportações.

Caso tenham a oportunidade de participar no dia 24 de novembro, acreditem, daremos um grande passo.

Obrigado e aproveitem esta edição da Revista Grafeno, sempre repleta de novidades.

Marco Antonio Colosio marcocolosio@gmail.com

Mentor do Núcleo Grafeno da SAE BRASIL. Diretor da Regional São Paulo da SAE BRASIL. Engenheiro Metalurgista e Doutor em Materiais pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-USP, pós-doutorado pela EESC-USP. Professor titular do curso de Engenharia de Materiais da Fundação Santo André e professor da pós-graduação em Engenharia Automotiva do Instituto de Tecnologia Mauá. Colaborador associado da SAE BRASIL com mais de 35 anos de experiência no setor automotivo nos campos de especificações de materiais, análise de falhas, P&D e inovações tecnológicas.

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GRAFENO, UMA HISTÓRIA DE VIDA! Grafeno no mundo dos polímeros

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ou utilizar da narrativa do meu encontro com o grafeno para discutir um pouco sobre o quanto esse material impacta na área dos polímeros.

A história começa a alguns anos atrás quando me encontro incialmente com as macromoléculas. Fiz graduação em Engenharia de Materiais me formando em 1996 na Universidade Federal da Paraíba (UFPB- Campus II Campina Grande) e logo em seguida fiz meu mestrado na mesma instituição (1998). Meu doutorado foi na Universidade Federal de Pernambuco (2001). Fiz dois estágios de pós-doutorado na Universidade de São Paulo (Instituto de Química e Escola Politécnica, São Paulo capital). Todas as minhas pesquisas desde o mestrado foram voltadas a área de materiais poliméricos, focando em degradação & estabilização, blendas e compósitos, principalmente. Passei a integrar o quadro de pesquisadores da Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM) em 2008, sendo que em 2012 fiz parte do grupo que iniciou o projeto MackGraphe, hoje denominado como Instituto Mackenzie de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias. Foi nesse momento que fui apresentado ao grafeno, até então não tinha ideia do que se tratava. Lembro que para mim, um pesquisador dedicado ao desenvolvimento de materiais poliméricos de alta performance, o grafeno aparece como uma promissora alternativa para o desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos multifuncionais. Isso porque o grafeno traz consigo diversas propriedades acumuladas em um único material (excelentes propriedades mecânicas, elevada condutividade térmica e elétrica, entre outras). Contudo, tudo era muito novo e muitos questionamentos precisavam ser respondidos e muitos desafios precisavam ser vencidos. Enfim, um novo mundo se abre na frente dos “poliméricos”. A pergunta que veio primeiro em minha cabeça era como começar essa corrida tecnológica. Meu caminho, para responder à essa pergunta, foi muito peculiar.

Em 2013, fui em uma missão acadêmica para o Graphene Research Center, na National University of Singapore (NUS), em Singapura, que então tinha um convênio com a UPM para desenvolvimento de pesquisa e transferência de tecnologia. A universidade sempre é citada entre as 10 melhores do mundo, permitindo o meu acesso não apenas a mais avançada pesquisa na área, mas alguns dos principais nomes acadêmicos, incluindo o Andre Geim, Prêmio

6 | setembro 2023 | Revista Grafeno

Nobel do Grafeno em 2010, Barbaros Oezyilmaz (o qual fiquei em contato direto durante todo o ano) e o renomado brasileiro Antônio Hélio Castro Neto (até hoje é o diretor do centro de pesquisa em Singapura). Foi nesse ambiente que passei a compreender com mais profundidade sobre a ciência que circunda o grafeno, o que me permitiu começar a entender melhor as interações grafeno-polímero e todo seu reflexo nas possíveis inovações que isso traria à indústria transformadora de plásticos. Quando volto ao Brasil em janeiro de 2014 o prédio do MackGraphe estava em construção e a partir deste momento começo a agregar o conhecimento que obtive em Singapura para melhor compreensão dos desafios tecnológicos da produção de nanocompósitos poliméricos a base de grafeno e seus derivados. Em 2016 formou-se um grupo de três pesquisadores no MackGraphe nessa área de atuação com a chegada dos pesquisadores Ricardo J. E. Andrade e Ricardo K. Donato. Nosso foco principal era incialmente entender quais melhores estratégias a serem tomadas para garantir uma boa dispersão e distribuição das partículas de grafeno em diferentes matrizes poliméricas. Posso afirmar que esse é um trabalho contínuo, que já nos proporcionou diversos casos de sucesso incluindo artigos publicados, patentes depositadas e projetos com empresa. Essas novas tecnologias vêm sendo desenvolvidas, principalmente, pela mistura do polímero e grafeno no estado fundido, usualmente usando extrusoras dupla rosca para melhor dispersão, sendo incialmente produzidos os masterbatches. Pela diluição desses masterbatches nas resinas virgens consegue-se melhorias de propriedades ou inclusão de uma nova com pequenas quantidades de carga (na grande maioria dos casos abaixo de 0,1% em massa). Porém esse trabalho contínuo não implica em formulações de “receitas de bolo”, mas, sim, na formação de um conjunto de direcionamentos de estratégias de mistura, as quais são adequadas caso a caso, seja na produção de uma peça injetada, de um filme extrudado ou até mesmo um fio, dentre outros casos mais específicos. Como mencionado anteriormente, os teores de grafeno praticados para se atingir os objetivos traçados são muito baixos. Isso é oriundo da sua elevada área superficial mesmo quando comparado com outras cargas nanométricas. Isso o torna um material economicamente viável. Ao mesmo tempo que a pesquisa sobre o material avança e descobrimos implica-

coluna ções cada vez mais significativas, o valor do grafeno vem caindo com o passar do tempo, fruto de melhores tecnologias de produção e maior demanda no mercado.

Com o andamento das pesquisas e o sucesso de alguns projetos, hoje temos um grupo de pesquisa cadastrado no CNPq chamado “Materiais Multifuncionais”, o qual agrega além dos pesquisadores do Mackgraphe, também pesquisadores da Escola de Engenharia do Mackenzie (Dr. Hélio Ribeiro e Dr. Juliano Martins Barbosa). Aos que quiserem acompanhar nossas pesquisas, nosso grupo tem Instagram (https://www.instagram.com/multifunctionalmaterials/) e Linkedin (https://www.linkedin.com/in/multifunctional-materials-group-006424278/) como meio de divulgação.

Depois de todos esses anos trabalhando com grafeno e polímeros fico feliz em ver que hoje em dia a indústria transformadora de plásticos tem muito mais confiança nessa tecnologia. Os resultados já estão mais presentes na sociedade, tendo os compósitos poliméricos como o setor com maior volume de material contendo grafeno lançado em todo o mundo.

Alguns desafios ainda estão presentes, como a necessidade de mais parcerias de P&D entre empresas e ICTs/universidades. Também há necessidade crescente de mais profissionais especializados para atuarem como pesquisadores, técnicos de laboratório, além de doutorando e mestrandos para compor os grupos acadêmicos. Igualmente, o incentivo governamental deve ser mais efetivo com editais específicos nesta área, sendo estratégico para o país continuar com destaque nessa área de pesquisa e desenvolvimento.

Outro ponto, é a qualidade do grafeno produzido no Brasil e internacionalmente que precisa contínua melhoria. Como mencionei, temos avançado bastante no MackGraphe em parceria com empresas que procuram dar um salto de inovação em seus materiais, sendo um dos centros mais reconhecidos internacionalmente por estar aptos a atender as diversas demandas de pesquisa no mercado. Um bom exemplo para formação de recursos humanos é a Pós-graduação em Engenharia de Materiais e Nanotecnologia da UPM, alguns mestres e doutores formados por nós na área de grafeno vêm sendo contratados por diferentes empresas e centros de pesquisa. No caso das linhas de fomento, fico feliz com as últimas notícias que já nos indicam um caminho direcionado para isso, cito o caso da FINEP que recentemente divulgou a intenção de abrir mais linhas de fomento específicas para as tecnologias que envolvem o grafeno. O último ponto também está indo numa direção correta, tanto as normas nacionais como internacionais estão concentrando esforços para padronizar a nomenclatura e qualidade do grafeno e seus derivados. A cada momento que tivermos mais produtos plásticos contendo grafeno sendo lançados no mercado, maior terá que ser a produção do grafeno. O grande desafio é a manutenção da qualidade desses materiais a base de grafeno quando a escala de produção tiver que aumentar a níveis muito elevados, mas acho que isso é um “bom” problema para se resolver, e temos gente capacitada no Brasil para isso.

Vendo todos esses anos se passarem é fácil notar o quão apaixonado sou pelos polímeros, e o quanto esse sentimento se expandiu com a chegada do grafeno. Hoje já estamos numa fase que saímos de testes de banca para geração de produto, seja por um desenvolvimento in house ou uma demanda específica de empresas. Os nanocompósitos poliméricos a base de grafeno e seus derivados se torna uma realidade, e sim, o Brasil possui mentes e tecnologias para se torna um país líder nesse mercado. A inovação e transferência de tecnologia nessa área precisa ser feita unindo a academia e a indústria, cada um cumprindo seu papel e assim acelerando todo processo. Estamos no caminho certo, e preparem-se, pois, em um momento não tão longínquo você leitor terá contato com algum produto plástico contendo grafeno, trazendo alguma nova tecnologia que proverá uma melhor qualidade de vida.

Guilhermino José Macêdo Fechine

Possui graduação em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal da Paraíba (1996), mestrado em Engenharia Química pela Universidade Federal da Paraíba (1998) e Doutorado em Química pela Universidade Federal de Pernambuco (2001). Possui dois estágios de pós-doutoramento realizados na USP, um deles no Instituto de Química (2002 a 2005) na área de hidrogéis e o outro na Escola Politécnica (2005 a 2007) na área de blendas e compósitos a base de polímeros biodegradáveis. Professor visitante na National University, of Singapore - NUS durante todo o ano de 2013 trabalhando na área de processos de transferência de grafeno. Foi pesquisador visitante em períodos de 1 mês na Case Western Reserve University (Ohio, EUA) – 2016, Bulgarian Academy of Science (Sofia, Bulgária) – 2018 e no Institute for Composite and Biomedical Materials IMCB – (Portici, Itália) – 2019. Desde de 2008 é professor e pesquisador da Universidade Presbiteriana Mackenzie, graduação e pós-graduação. Faz parte da equipe do Instituto Mackenzie de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias – MackGraphe. Pesquisador líder do grupo de pesquisa CNPq “Materiais Multifuncionais” da Universidade Presbiteriana Mackenzie. .

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coluna

ESG e Mobilidade Sustentável

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conceito de ESG (Environmental, Social and Governance) assim como as práticas ambientais, sociais e de governança de uma organização associadas aos 17 SDGs (Sustainable Development Goals) / ODSs (Objetivos do Desenvolvimento Sustentável) da ONU, e ao Acordo do Clima de Paris, têm sido globalmente discutidos e a agenda ESG começa a ser incorporada cada vez mais às culturas organizacionais bem como utilizado como critério de valoração das empresas.

Isto posto, como traduzir e transformar este conceito amplo e complexo em um determinado segmento de mercado como o da Mobilidade Sustentável, e desenvolver uma metodologia que tenha aplicabilidade global e que facilite a implantação das dimensões do ESG de forma gradativa e continuada para contribuir com o atingimento das metas da Agenda 2030 da ONU? A Sustainable Mobility for All / SuM4All (www.sum4all.org) organizado pelo WEF/ World Economic Fórum é uma parceria global multi-stakeholder composta por mais de 60 empresas privadas, bancos de fomento, agências das Nações Unidas, organizações da sociedade civil e instituições acadêmicas, para o desenvolvimento de uma plataforma de cooperação internacional para Mobilidade Sustentável. A Sum4All propõe uma interessante metodologia de avaliação para a Mobilidade Sustentável a partir de 4 pilares, associados aos SDGs, e com metas globais para 2030: - Acesso Universal: conectar todas as pessoas, incluindo mulheres e comunidades, às oportunidades econômicas e sociais.

- Eficiência: otimizar previsibilidade, confiabilidade e custo-benefício.

- Segurança: reduzir drasticamente mortes, lesões e acidentes.

- Mobilidade Verde: reduzir a pegada ambiental da mobilidade (emissões de GEE, ruído e poluição do ar).

Figura 1.

8 | setembro 2023 | Revista Grafeno

A plataforma de cooperação da SuM4All chamada GTF/ Global Tracking Framework for Transport inclui um banco de Políticas Públicas associadas aos 4 pilares da Mobilidade Sustentável (Acesso universal, Eficiência, Segurança e Mobilidade verde).

Estes 4 pilares são representados por 7 indicadores / métricas principais desdobrados em 53 indicadores secundários que agrupados compõe um índice de 0 a 100 chamado Sustainable Mobility (SM) Index Score, onde cada um dos 4 pilares têm o mesmo peso no SM Index, de forma a facilitar uma avaliação preliminar do estágio de um país quanto a Mobilidade Sustentável e de como se posiciona no Global Sustainable Mobility Index score (GSMI) a partir do SM Index de 183 países. O detalhe da pontuação de cada país nos Pilares da Mobilidade Sustentável desdobrados em 6 categorias (Acesso Rural, Acesso Urbano, Gênero, Segurança, Eficiência, Poluição do Ar e Emissão de Gases de Efeito Estufa) pode ser acessado no Country Mobility Performance Dashboards na plataforma GTF com resultados atualizados regularmente (https://www.sum4all.org/online-tool).

Segundo a metodologia de Mobilidade Sustentável da SuM4All o Brasil estaria na 52ª posição entre os 183 países avaliados conforme Figura 3.

Neste e nos próximos artigos comentaremos alguns resultados dos indicadores do SM Index para o Brasil, começando pelo da Segurança Veicular, onde se destaca o indicador de Mortalidade causada por lesões no trânsito da WHO (World Health Organization).

Nestes 15+ anos com executiva de Marketing, Estratégia e Comunicação no segmento automotivo e da mobilidade sustentável, tenho acompanhado de perto os avanços na segurança veicular e algumas das principais iniciativas que, no meu entender, contribuíram para a redução nas fatalidades decorrentes de acidentes de trânsito a partir de 2013 conforme indicada no gráfico da Figura 4.

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Figura 2. Fonte: Sustainable Mobility for All / SuM4All website (www.sum4all.org)

- Políticas Públicas e Legislação: • Legislação mais rigorosa sobre o consumo de álcool e direção de veículos automotores, a chamada Lei Seca (Lei nº 11.705, de 19 de junho de 2008) e revisão do Código de Trânsito Brasileiro (CTB), principalmente após 2012 com o aumento da penalidade financeira por direção com embriaguez.

• Obrigatoriedade de Airbag duplo frontal e sistema de Freios ABS para automóveis novos, implementado progressivamente a partir de 2011.

• Inovar-Auto (ou Lei 12.715/12) de 2013 a 2017, que concedeu incentivos fiscais para fabricantes e importadores de veículos que investissem em fábricas e em pesquisa e desenvolvimento de novos produtos.

• Rota 2030 Mobilidade e Logística (ou a Lei nº 13.755/18 e o Decreto nº 9.557/18), lançado em seu primeiro ciclo em 2018, que estabeleceu requisitos obrigatórios para a comercialização de veículos no Brasil como a rotulagem veicular, a melhoria na eficiência energética veicular e o desempenho estrutural associa-

do a tecnologias auxiliares à direção, além de promover o uso de novas tecnologias no ambiente produtivo.

- Iniciativa privada: • Investimento das siderúrgicas na produção local dos aços AHSS (Aços Avançados de Alta Resistência) principalmente os acima de 600Mpa incluindo os PHS (Press Hardening Steels), e oferecendo pacotes de soluções técnicas para a aplicação na estrutura das carrocerias, possibilitando melhoria na segurança veicular e proteção dos ocupantes (ODS 3), da eficiência energética (ODS 7 e ODS 9) com redução de emissões (ODS 13), e da racionalização do processo produtivo com redução no uso de recursos, inclusive da matéria-prima (ODS 12).

• Evolução da engenharia automotiva em toda cadeia automotiva (montadoras, sistemistas, autopeças, etc), incorporando novos materiais e soluções aos projetos de veículos produzidos localmente e desenvolvendo novos processos produtivos para sua utilização em escala industrial (ODS 9).

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Figura 3. Fonte: SuM4All Country Mobility Performance em https://www.sum4all.org/data/files/country_snapshot/country_performance_brazil.pdf

- Associações sem fins lucrativos e entidades de classe • #LatinNCap, braço latino-americano do Global NCAP, realizando a partir de 2010 testes de segurança independentes em veículos novos comercializados na região, atribuindo pontuação em quesitos relacionados à segurança, e ajudando a promover a conscientização da segurança veicular para um novo perfil de consumidor (ODS 3, ODS 17). (https://www.latinncap.com) • #SAEBrasil com a organização de eventos técnicos com o SAE Brasil Car Body desde 2012 e SAE Novos Materiais colaborando no intercâmbio técnico entre as empresas do setor e acelerando a implantação de novas tecnologias para a mobilidade (OSD 17). (https://saebrasil.org.br) - Instituições de Ensino e Pesquisa ampliando a oferta de profissionais e fomentando competências em Pesquisa e Desenvolvimento.

- Mídia especializada e em geral apoiando na divulgação de resultados e conscientização de consumidores e motoristas.

Todas as iniciativas citadas acima (não exaustivas) contribuíram em maior ou menor grau, para poupar cerca de 70 mil vidas entre 2013 e 2019 em acidentes de trânsito no Brasil, tomando como referência o ano de 2013, quantidade expressiva maior por exemplo que a população de mais de 80% das cidades paulistas em 2019.

Exemplo significativo de ESG com propósito, com tecnologia aplicada a serviço da evolução da segurança veicular, mas ainda existe um longo caminho a trilhar. A ONU declarou uma Década de Ação pela Segurança no Trânsito 2021-2030, com a meta de reduzir as mortes e lesões no trânsito em pelo menos 50% durante este período. Qual a próxima fronteira da tecnologia a ser superada na transformação para a Mobilidade Sustentável?

Maria do Carmo Rodriguez

Figura 4.

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Executiva de Marketing com atuação em B2B e B2C, expertise em Estratégia, Inteligência de Mercado e Comunicação, e vivências em empresas nacionais e multinacionais como Colgate, AmBev, ArcelorMittal e Brametal nos segmentos de Geração e Transmissão de Energia, Siderurgia (Automotivo, Energias Renováveis, Packaging) e Bebidas. Mestre em Marketing pela Universidade Mackenzie com MBA em Gestão de Negócios Automotivos pela FGV e extensão em ESG e Stakeholders pela FIA.

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Grafeno e Perovskita na produção de energia

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grafeno está encontrando várias aplicações na área de energia. Para isso, contribuem sua condutividade elétrica, resistência mecânica e outras propriedades únicas, o que o torna um material promissor em diversas tecnologias relacionadas à energia. Ele poderá ter um papel muito importante na geração, conversão, armazenagem e redução de consumo de energia; Ele tem sido estudado para melhorar baterias, supercapacitores e células de combustível a hidrogênio, que são dispositivos armazenadores de energia usados em escala crescente, respondendo por mudanças importantes na mobilidade, como os veículos elétricos e os drones. Nessas aplicações, as propriedades mais importantes são a elevada condutividade, sua grande área superficial e sua singular estrutura lamelar. As lâminas de grafeno se superpõem como as cartas de um baralho, mas podem se afastar permitindo a inserção ou intercalação de moléculas e íons. A intercalação de íons é explorada, por exemplo, em eletrodos de baterias de lítio.

Células solares fotovoltaicas são outro campo de aplicação do grafeno, que contribui para aumentar sua eficiência. Por exemplo, em células solares orgânicas, o grafeno pode ser utilizado como um eletrodo condutor, facilitando a extração de elétrons ejetados por semicondutores, ao absorverem a luz solar. Neste caso, a condutividade elétrica do grafeno é essencial para que os geradores produzam correntes elétricas elevadas, aumentando a sua potência e, portanto, a eficiência.

Grafeno depositado em filmes ou placas transparentes, de vidro ou de plásticos, cria uma fina camada condutora na superfície do material. Essa camada pode ser contínua ou formando desenhos e padrões. Dessa forma, um filme flexível é transformado em uma placa de circuito eletrônico e pode ser usado em células solares flexíveis incorporadas até mesmo a peças de vestuário.

Essa aplicação explora a transparência de filmes finos de grafeno e de nanotubos de carbono, substituindo algum dos pouquíssimos condutores transparentes conhecidos. Até a aparição de grafeno e nanotubos, toda a demanda por filmes condutores transparentes foi atendida pelo óxido de estanho e índio, que é usualmente chamado de ITO (índium tin oxide).

ITO atende muito bem a várias demandas, mas tem defeitos importantes. É quebradiço, sendo uma causa de fragilidade de telas de telefones celulares e outros equipamentos. Além disso, o índio é um elemento muito raro, limitando as possibilidades de expansão de suas aplicações.

Nessa aplicação, o grafeno é aplicado sob a placa superior da célula solar, que é exposta ao Sol, permitindo que a luz solar alcance a camada de silício, ejete elétrons e permita seu escape ou seja, produza uma corrente elétrica.

A presença do grafeno em diferentes partes das células solares visa melhorar a condutividade elétrica, aumentar a eficiência na coleta e transporte de elétrons, e, em alguns casos, proporcionar propriedades mecânicas desejáveis, como flexibilidade. Essas melhorias têm o potencial de aumentar a eficiência global e a viabilidade de células solares.

Um novo material para a fabricação de células solares é a perovskita (1). Este nome designa uma classe de substâncias com uma estrutura cristalina específica encontrada em alguns materiais. Essa estrutura recebe o nome do mineralogista russo Lev Perovski, que a identificou pela primeira vez em um mineral, em 1839.

A estrutura de perovskita é caracterizada por um arranjo cúbico de átomos. A fórmula geral é ABX 3, onde “A” e “B” são íons positivos e “X” é um íon negativo não metálico, geralmente fluoreto, brometo ou cloreto. Uma perovskita muito usada é o iodeto de metilamônio e chumbo.

As células solares de perovskita têm atraído atenção devido à sua relativa facilidade de fabricação, baixo custo e potencial para alta eficiência na conversão de energia solar em eletricidade. Grafeno tem um papel importante na sua montagem, que é feita em várias etapas.

A montagem começa escolhendo o substrato que será a base da célula, 1 vidro ou um filme transparente. O substrato é coberto com um filme fino de grafeno, usando técnicas como a deposição química de vapor (CVD) ou esfoliação em fase líquida, e é recoberto com uma camada de perovskita. Esta é recoberta com uma camada de óxido de titânio, ou de óxido zinco, na qual vão passar elétrons produzidos pela absorção da luz. Em seguida, vem uma camada de uma substância orgânica, que pode ser um derivado do fluoreno, capaz de transportar as lacunas positivas (ou “buracos”, na linguagem dos semicondutores). A última camada é de um metal nobre, ouro ou prata, completando a estrutura da célula. Portanto, uma célula de perovskita pode ser formada por camadas de grafeno, perovskita, óxido de titânio, um semicondutor orgânico e ouro.

Cada célula é encapsulada em vidro ou um plástico transparente, para evitar o contato com água, ar, poeira e contaminantes atmosféricos ou da chuva. Seguem-se os testes de

Revista Grafeno |setembro 2023 | 7

coluna eficiência na conversão da energia solar, de estabilidade, de durabilidade e de outros controles de qualidade.

Finalmente, as células são integradas em módulos usados na montagem dos painéis solares. O processo todo pode parecer complicado, mas na prática é mais simples que a fabricação das células solares de silício. Painéis de perovskita produzidos em grande escala poderão ser muito mais baratos que os atuais, de silício.

Há uma grande atividade de P&D em torno de células de perovskita, documentada na Internet, em publicações e patentes.

Por exemplo, um boletim postado em 4 de setembro passado (2) traz a seguinte informação: First Graphene, Halocell and QUT (Queensland University of Technology, na Austrália) conseguem recursos (cerca de 1,3 milhões de dólares) para P&D de células de perovskita. O projeto de pesquisa e desenvolvimento destina-se a produzir e comercializar células solares de perovskita flexível e de ultrabaixo custo usando o processo de produção rolo-a-rolo da Halocell na fábrica de Wagga Wagga da empresa, segundo anunciou a First Graphene.

O projeto busca substituir os materiais condutores de alto custo, como ouro e prata, por grafeno.

Uma outra notícia da mesma empresa, em 4 de abril, informou que uma planta piloto em Nova Gales do Sul está em estágios avançados de testes de sua linha de células solares de perovskita (PSCs) com fabricantes de todo o mundo.

Muitas outras empresas e universidades de vários países mantém uma intensa atividade. Alguns exemplos são: Greatcell Solar, Rice Solar Energy (ligada à Rice University), NanoFlex Power Corporation. No Brasil, um projeto importante está sendo executado no CETENE, em Recife, com orçamento de R$ 900 mil. O projeto está em TRL 4, muito aquém do estado da arte internacional. (3). Um outro projeto une a BYD Energy e o CTI Renato Archer, e há projetos no CINE, da Unicamp, e no CNPEM, em nível de laboratório.

O uso de grafeno em células de perovskita fornece bons exemplos de estratégias de P&D&I, identificando uma oportunidade e realizando todo o trabalho de investigação básica, desenvolvimento de produtos e processos, atendimento de potenciais clientes, fabricação e comercialização. Uma lição importante é a da importância de parcerias e de união de esforços. Os futuros fabricantes de células de perovskita vão enfrentar os fabricantes de células de silício, um setor industrial que hoje se aproxima de 100 bilhões de dólares anuais, projeta atingir 243 bilhões em 2032, portanto tem fôlego para sustentar seu produto. O que ocorrerá, daqui a cinco ou dez anos? Células de perovskita serão um importante caso de aplicação do grafeno?

Referências 1- https://www.economist.com/science-and-technology/2018/02/03/a-new-type-of-solar-cell-is-coming-to-market 2- https://www.perovskite-info.com/perovskites-and-graphene 3- Produção de painel solar de perovskita para o nordeste https://invest.mcti.gov.br/blog/projeto-de-cti/producao-de-painel-solar-de-perovskita-para-o-nordeste/

8 | setembro 2023 | Revista Grafeno

Fernando Galembeck

É bacharel, licenciado e doutor em Química pela USP onde começou sua carreira e chegou a livredocente em 1977, depois de pós-doutorados nas Universidades do Colorado e da Califórnia e de um estágio no Unilever Research Port Sunlight Laboratory.

Mudou-se para a Unicamp em 1980, tornando-se professor titular em 1987. Dirigiu o Instituto de Química entre 1994 e 1998, foi Coordenador Geral da Universidade e se aposentou em 2011, assumindo a direção do Laboratório Nacional de Tecnologia, do CNPEM. Sempre manteve uma atividade ninterrupta e intensa de ensino de graduação e de orientação de estudantes, expressa em uma extensa produção científica e tecnológica que foi premiada em muitas ocasiões, no Brasil e Exterior, destacando-se os prêmios Álvaro Alberto em 2005 e o prêmio Anísio Teixeira de Educação, em 2011. Em 2020, recebeu o Prêmio CBMM de Tecnologia, a sua startup Galembetech recebeu prêmios da Abiquim e Abrafati e em 2021 foi premiado como Pesquisador Emérito do CNPq. Muitos dos seus estudantes destacaram-se profissionalmente, em universidades e empresas, no Brasil e no Exterior, sendo também premiados em muitas ocasiões.

coluna

Bioplásticos de Engenharia

E

m nossa terra Brasilis, em que se plantando tudo dá, temos a oportunidade de exercitarmos nosso olhar de pesquisador, e criador de soluções que nem a Nasa acredita.

Assim vamos desenvolver juntos aqui a ideia de uma nova forma de se fixar o CO2, cujo equilíbrio na atmosfera, tanto preocupa nossos cientistas, políticos e grandes empresários no mundo todo.

Usar o Petróleo para se criar plásticos duráveis é algo que tem um papel relativamente pequeno na geração de CO2, considerando todas as etapas da economia circular, certamente tem um balanço negativo na absorção de CO2, pois todo o transporte e processamento consome energia, que na sua média global mais de 50% vem de fontes fósseis. Porém o Carbono fixado no plástico durável ficará em outro formato sólido e possivelmente útil para a sociedade enquanto não precisar ser descartado.

Porém se considerarmos, que podemos encontrar alternativas de se produzir estes componentes mecânicos duráveis em bioplásticos, que serão formados majoritariamente por biomassa, temos uma absorção de CO2 pelas plantas, e sua fixação nos centros de uso deste componente, depósito duradouro de CO2, que certamente, nascerá com uma alternativa plausível de reciclabilidade. Se tornando uma medida importante para a absorção duradoura de CO2 da atmosfera.

Entendo que podemos incentivar inúmeros projetos de pesquisa que visem encontrar alternativas para bio-plásticos, bio-resinas, bio-compósitos, bio-cargas, bio-grafenos, que na combinação entre eles, possam gerar inúmeros novos materiais com propriedades ainda melhores do que temos hoje em dia.

Aplicações novas devem considerar itens de menor risco inicialmente, como mangueiras e demais itens para jardim, depois nos eletrodomésticos sem motores, e ir aumentando a demanda por confiabilidade e caracterização dos materiais, até termos plásticos estruturais na indústria automotiva, nos grandes eletrodomésticos, passando pela indústria naval e aeronáutica.

Com isso podemos pensar na ampliação do escopo incluindo o conceito Renovabio-Plasticos, que pode fazer uma troca de tributos entre peças plásticas duráveis de fontes fósseis versus peças plásticas de fontes renováveis, para acelerar o processo de adoção desta nova modalidade, medindo com isso a pegada de carbono de toda a indústria a base de polímeros.

Quanto às embalagens, já são itens em que o bioplástico, com suas características biodegradáveis já tem um uso amplo, porém não regulamentado. Como poderíamos avaliar os critérios de biodegradabilidade e transformar em demandas para as embalagens e descartáveis?

Podemos imaginar parâmetros como: espessura de parede máxima, relação área de degradação x volume, bioplásticos e seu tempo de meia vida em ambientes definidos, toxicidade durante uso e descarte, etc.

Como fazer uma reviravolta no Brasil e ao invés de sermos um dos países que tem a pior reciclabilidade de plásticos, como podemos criar uma legislação que se preocupe com os plásticos, desde sua origem e seu ciclo completo de vida. Desafio para toda a sociedade.

Erwin Franieck franieck@unicamp.br 019 982051122

Fonte: Recent progress of bioplastics in their properties, standards, certifications and regulations: Aswathy Jayakumar, others.

Engenheiro Mecânico de Projetos pela UNICAMP, professor e chefe do Colégio Técnico da UNICAMP, atuou por 35 nos na Bosch em Campinas, onde se aposentou como diretor de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação.

Revista Grafeno | setembro 2023 | 13

coluna

FERRAMENTAS DE ENGENHARIA: O amor

T

odo o projeto começa com o final em mente, ou pelo menos com um ou alguns dos objetivos. Seja ele pessoal ou profissional, o custo-benefício deve valer a pena, os riscos e tempo do projeto devem ser analisados e planejados.

E quando os imprevistos acontecem. Alguns sentimentos podem vir à tona, como medo, angústia, frustação, reações em cadeia das pessoas passionais envolvidas, raiva, caça aos culpados, desespero etc. Dependendo da gravidade da falha, quantidade de recursos investidos e tempo restante para finalização do projeto, esta tendencia pode piorar.

Se a tomada de decisão, ou mesmo, o levantamento de dados para auxiliar a tomada de decisão for feito com efeito destes viesses, a probabilidade de sucesso diminuirá. Tais sentimentos obscurecem o discernimento, seria como navegar numa noite de neblina densa sem navegador.

Enxergar com clareza, com a mente tranquila, te possibilita ver uma gama de possibilidades, cuja consequência natural desencadearia na escolha da melhor alternativa. Como diz o ditado, quanto maior o número de alternativas, maior a chance de sucesso. Para quem trabalha com otimização de produtos ou processos usando DOE ou matrizes ortogonais, as alternativas são chamadas de grau de liberdade. Se você não tem alternativas (somente uma) significa que você é refém dela, ou seja, não tem liberdade.

“O amor lança fora todo o medo” é isto: libertar a mente de padrões, condicionamentos, viesses pré-estabelecidos, memórias que causam dor (cachorro mordido de cobra tem medo de linguiça) e assim clarear a mente para enxergar novas possibilidades e alternativas, aumentando assim a chance de sucesso.

O amor é liberdade, como acabei de mencionar, traz liberdade para quem é refém (escravo) de uma ou mais situações, ou seja, não tem outra alternativa. Mas, e no outro extremo? Quando enxergássemos inúmeras possibilidades, e então um processo analítico pesado precisaria entrar em cena para decidir a melhor alternativa. Consumiríamos todas as nossas energias fazendo escolhas o tempo todo. Poderíamos ainda chamar isto de amor? Não seria então a inteligência artificial em seu ápice a maior expressão de amor? O que será que difere a raça humana das máquinas ou até dando um passo atrás, será que não somos máquinas criadas e só diferimos no nível da tecnologia?

Tem uma história antiga onde um discípulo pergunta ao mestre: Como conhecer o amor? O mestre responde: Imagine que o amor é o alto daquela montanha, você consegue chegar lá de carro – não – então, a mente é como se fosse o carro, te leva até perto da montanha, depois você deve largar o carro para chegar lá (alguém poderia dizer, eu iria de helicóptero). A questão aqui é que precisa transcender a mente para um estágio que alguns chamam de “choiceless awareness” (plena atenção isento de processo de tomada de decisão – difícil traduzir...).

A atividade do pensamento já não existe, toda a energia é voltada para comtemplar o momento presente, já não existe divisão entre o observador e o local observado, são uma coisa só. A lei do campo unificado que Einsten tanto perseguiu sem sucesso foi inspirada neste momento, onde todas as coisas se conectam em uma só.

Quem chegou até aqui, deve estar se perguntando, como é possível

14 | setembro 2023 | Revista Grafeno

chegar lá (amor, onde tudo se conecta)? Todos nós, durante vários momentos de nossas vidas já passamos por lá (talvez por uma fração de segundo), como por exemplo, um banho de cachoeira, contemplar um por do sol no alto da montanha, um momento mágico praticando algum esporte (fiz um gol de bicicleta no campo da FEI quando era aluno), ou até mesmo proporcionado pela leitura de um bom livro, brincadeiras de criança ou com crianças, etc. São momentos que não conseguimos expressar o sentimento e emoção, nem o quão bom, mas que nos dá a direção e apontam para a montanha que o sábio mencionou.

Outra história que escutei para exemplificar, foi comparando a existência de uma pessoa com ondas do mar, tão passageira, e as vezes tão competitiva, querendo ser a maior onda, e fazendo alianças para crescer ainda mais ou simplesmente batendo e destruindo outras ondas que ameaçam. Porém, todas elas são feitas da mesma água, mas não têm a menor consciência da amplitude do mar e toda vida que existe nele.

Transcender a mente pode parecer assustador, como a primeira vez que uma criança anda de bicicleta sem as rodinhas, ou sem as mãos (mais pra que tem está observando – principalmente se for os pais - do que pra quem está andando), porém, aquele momento de equilíbrio remete a vivencia em harmonia / sintonia com as leis que regem e conectam todo o universo, o amor.

Este momento que a humanidade vive é muito singular, a transição de uma história marcada, da perspectiva econômica, pela sobrevivência dos mais fracos perante a dominação dos mais fortes, inclusive sobre os recursos naturais, para uma ressignificação dos relacionamentos entre as pessoas e o planeta, buscando maior harmonia / equilíbrio na convivência. A percepção do que é importante para o outro ou para a vida do planeta ou para sua própria vida aumenta conforme o silêncio aumenta dentro de nós, para escutar é preciso calar o pensamento. A pandemia infelizmente ceifou muitas vidas de pessoas queridas, porém diminuiu a energia consumida no planeta e muitas pessoas pegando carona, diminuíram a atividade do pensamento.

E as ferramentas da engenharia? Sim, ela está ajudando a humanidade na transição energética de todos os processos de produção de bens de consumo necessários, assim como, na maneira como nós nos relacionamos, para manter a nossa existência de maneira mais harmônica aqui.

Até a próxima.

Prof. Dr. Eduardo Nunes edunu@alumni.usp.br Especialista em resolução de problemas complexos e análises de falhas

coluna

Primeiro Encontro Nacional do Fórum Grafeno – Brasil na Vanguarda da Certificação e Aplicações em Larga Escala do Grafeno

H

á menos de 30 dias para o “Primeiro Encontro Nacional do Fórum Grafeno”, a ser realizado no Senai Mario Amato em São Bernardo do Campo-SP, no dia 24 de novembro de 2023, já se pode imaginar a importância desse evento para a indústria brasileira que anseia por métodos e práticas confiáveis para certificar a autenticidade de todo o material autodeclarado como “grafeno” que já circula em território nacional bem como por conhecer aspectos que permeiam a segurança à saúde, meio ambiente e ao consumidor na utilização de produtos industriais contendo o grafeno.

A questão da padronização, normatização e aspectos regulatórios como toxicidade no manuseio, uso e descarte do grafe-

1º ENCONTRO NACIONAL DO

FÓRUM GRAFENO 2023

no, avançaram bastante este ano, graças aos pesquisadores e cientistas brasileiros, que vem trabalhando arduamente no esclarecimento de questões importantes para a aceleração das tecnologias em grafeno, e vem debatendo trimestralmente tais questões nas reuniões on-line do Fórum Grafeno que ocorrem desde 2022 a partir do Painel Setorial do Grafeno, que ocorreu no Inmetro em 13 de abril de 2022. Como avanços importantes, pode-se citar o primeiro material certificado em óxido de grafeno que já vem sendo desenvolvido pelo Inmetro em 2023, bem como a criação do PAC do grafeno (Programa da Avaliação da Conformidade do grafeno) que, após as discussões do encontro presencial do Fórum em novembro, virá com força total para 2024. Todo esse panorama, coloca o evento como crucial para o fortalecimento da indústria nacional em grafeno e, o modelo utilizado, pode ser aplicado para diversos nanomateriais onde haja potencial de mercado e interesse industrial. Vejo vocês no Fórum Grafeno!!

24.NOVEMBRO | TEATRO SENAI MARIO AMATO

Inscrições e Programa: Joyce Araujo

Pesquisadora Tecnologista em Metrologia de Materiais (Inmetro). Chefe do Laboratório de Fenômenos de Superfícies e Filmes Finos (Inmetro.

Coordenadora do Fórum Grafeno

Revista Grafeno | setembro 2023 | 15

artigo

POR QUE APOIAR GRAFENO? por Henrique Vasquez Feteira do Vale

O

De Promessa a Realidade grafeno e seus materiais relacionados são conhecidos por serem superlativos - suas propriedades superam os materiais convencionais em diversas aplicações. Assim, as muitas aplicações possíveis do grafeno estão trazendo soluções disruptivas para os mais diversos setores: eletrônica, automotivo, construção civil e até mesmo saneamento ambiental. Após o isolamento e caracterização do grafeno em 2004 (feito que resultou em um Prêmio Nobel em 2010) a versatilidade e o potencial de impactos sociais, econômicos e ambientais deste material foram melhor compreendidos, criando uma verdadeira corrida no domínio das tecnologias para sua produção e aplicação.

O grafeno também apresenta potencial para contribuir com a sustentabilidade e a proteção do meio ambiente, além de facilitar a transição para uma economia de baixo carbono e de maior eficiência energética, seja através de inovações para o armazenamento de energia, purificação da água, desenvolvimento de materiais mais leves e resistentes – o que reduz o consumo de recursos naturais.

Se na década de 2010 o tema caminhou para um pico de inflação de expectativas, considerando um ciclo “hype”, nos anos 2020 o valor das aplicações de grafeno começou a se difundir através de resultados concretos e projetos maduros.

Diante disso, para contribuir com a visão de como as oportunidades nesse tema têm sido abordadas no Brasil, buscamos discutir brevemente o escopo dos projetos em grafeno que têm sido apoiados pela Finep.

Desafios para o Brasil Ainda que a sociedade já esteja se beneficiando do advento das aplicações do grafeno, restam desafios relevantes na estruturação plena de sua cadeia de produção e uso. O Graphene Council conduziu um survey com a participação de mais de 800 atores envolvidos com o grafeno, incluindo a academia, governo e grandes empresas, tanto produtoras como usuárias. O estudo aponta cinco barreiras rela-

16 | setembro 2023 | Revista Grafeno

tivas a difusão do grafeno (GRAPHENE COUNCIL, 2021): i) O custo do material; ii) A pouca disponibilidade em escala industrial; iii) A capacidade de produzir na qualidade exigida e com reprodutibilidade; iv) Falta de conhecimento sobre o material, suas possibilidades de aplicação e manuseio / manipulação; v) Dificuldade em fazer sua dispersão e transferência para outros materiais.

Vale destacar também que o mercado de produção de grafeno é concentrado, com a maioria dos fornecedores e fabricantes localizados na Ásia. Só na China, são contabilizados mais de 70 mil pedidos de patentes relacionadas a grafeno.

Em relação as patentes no Brasil, um estudo recente do INPI de 2021 (Tecnologias com Grafeno: Panorama do Patenteamento no Brasil) mapeou 694 pedidos. Em termos globais, a origem dos pedidos de patentes com o uso de grafeno depositados no Brasil é principalmente de depositantes não residentes no país, representando 76% dos 696 de pedidos, sendo a maior parte de origem Estadunidense (38% dos pedidos totais).

No tocante as principais temas e aplicações relacionados aos pedidos de patente com grafeno depositados no Brasil, o estudo considerou tanto os “processos de produção do grafeno ou óxido de grafeno ou compósitos com grafeno e sua produção” bem como as diversas aplicações do grafeno. A Figura 1 ilustra as cinco principais categorias que o estudo abordou, ressaltando que o mesmo pedido de patente pode ser classificado em mais de uma categoria.

A categoria denominada “Preparação do grafeno” inclui os pedidos que se referem à produção do grafeno e seus diferentes derivados, como, por exemplo, óxido de grafeno, óxido de gra-

Figura 1. Classificação dos Depósitos de Patente Fonte: Adaptado de INPI (2022)

artigo

feno reduzido e formas funcionalizadas, representando 18% dos depósitos. A categoria “Compósitos com grafeno e sua produção” inclui os pedidos que descrevem materiais compósitos, nos quais foi adicionado grafeno a fim de conferir propriedades novas ou melhoradas ao material, representando 31% dos pedidos depositados no Brasil.

As demais categorias foram referem-se à aplicação. Assim, “Eletroeletrônica” foi a principal aplicação do grafeno (53%), incluindo as tecnologias de geração, conversão e armazenamento de energia, circuitos eletrônicos, e materiais condutores de eletricidade. “Revestimentos” (22%) trata de filmes, tintas e outras composições aplicadas à superfície de materiais. A categoria “Saúde” (16%) considera produtos e composições de aplicação médica, aplicações diagnósticas, biossensores, além de materiais cirúrgicos e biocompatíveis.

Ainda que em relação ao números de patentes, produção científica ou em tamanho de mercado o cenário brasileiro para grafeno seja mais tímido que o chinês ou de outros países desenvolvidos, temos todos os elementos necessários para o estabelecimento de cadeias produtivas de alto valor agregado para o grafeno no país: Estrutura e know-how científico, empreendedores e empresas dispostas ao risco tecnológico, grande mercado interno para escalonamento das aplicações e incentivo público a pesquisa, desenvolvimento e inovação no tema. É importante compreender que o Brasil tem estudado nanomateriais de grafite pelo menos desde a década de 90. Assim, no advento do grafeno em 2004, já havia uma infraestrutura de pesquisa prévia e recursos humanos qualificados (que inclusive contaram com apoio da Finep). Vale ressaltar que essa trajetória inicial está muito bem documentada no artigo “History and National Initiatives of Carbon Nanotube and Graphene Research in Brazil” de Pimenta et al. (2019). No campo das empresas, podemos enumerar as empresas nos setores de plásticos, resinas, tintas, concreto, entre outras que podem tanto introduzir produtos com grafeno em mercados de alta escala (embalagens, construção civil, saneamento, energia) como em mercados de producos com altíssimo valor agregado (saúde, automotivo, aeroespacial, defesa).

Por fim, em relação ao apoio público, pode-se afirmar que há grande “apetite” em termos de oferta e demanda. O estudo setorial “Panorama Tecnológico Grafeno” publicado pela Finep/MCTI em 2021 contabilizou que com a retomada dos editais para empresas e ICTs de 2020, configurou-se na época uma demanda de 76

projetos não-reembolsáveis em grafeno, os quais totalizavam um valor de R$ 132.945.190,72 de intenção em investimento somente em P&D em grafeno e seus materiais relacionados (BELLUCCI, VASQUEZ & CONTI; 2021).

Atualmente observamos que os resultados do apoio público ao tema começa a ganhar forma, pois como será colocado mais à frente, os valores dos projetos contratados e o recurso efetivamente liberado está em um patamar significativo, tanto para empresas como para ICTs. Além das iniciativas executadas pela Finep, também devemos destacar aquelas da Embrapii (rede Embrapii em Grafeno) e CNPq (dois editais de apoio à inovação em Grafeno).

Apoio da Finep Atualmente a Finep apoia as principais Instituição de Ciência e Tecnologia capazes desenvolver novas soluções baseadas em grafeno para as empresas. Dentre elas, podemos destacar a UFMG (com o CTNano e os dep. de Física e Química dentre outras unidades), o Centro de Desenvolvimento de Tecnologias Nucleares – CDTN/CNEM, o Instituto de Pesquisas tecnológicas – IPT, INMETRO, Universidade do Mackenzie, Universidade de Santa Catarina, e a Universidade de Caxias do Sul. Considerando o período de 2018 até o 1° semestre de 2023 a Finep apoiou 38 projetos de ICTS e 21 de empresas, com uso de recursos não-reembolsáveis e subvenção no tema de grafeno, em um valor total de apoio de aproximadamente R$ 120 milhões, dos quais cerca de R$ 79 milhões já liberados. A tabela a seguir segmenta os valores contratados e liberados em relação empresas e ICTs. Os projetos apoiados em questão foram classificados em relação ao setor e aplicações. A Figura 2 traz essa classificação para os projetos de empresas.

Em relação ao setor, destaca-se a quantidade de projetos em “Saúde” e “Automotivo”, seguido de “Energia”. Os projetos tipicamente voltados para estes setores se valem respectivamente das seguintes possibilidade do Grafeno: i) Propriedades antivirais e desenvolvimento de biosensores para medicina diagnóstica; ii) Melhoria das propriedades mecânicas de peças e componentes automotivos; iii) Uso das propriedades elétricas para aperfeiçoamento de baterias.

Em relação as aplicações destacaram-se aquelas em compósitos em geral e polímeros, principalmente em função da melhoria das

Tabela 1. Projetos com Aplicação de Grafeno Apoiados Fonte: Elaboração própria.

Executor Empresa ICT Total

Projetos

Valor Não-Reembolsável (R$)

Valor total dos projetos (R$)

Total liberado (R$)

38

98.470.098,40

104.301.400,59

63.982.634,82

21 59

21.917.432,99

120.387.531,39

31.423.384,49

135.724.785,08

14.985.643,97

78.968.278,79

Revista Grafeno | setembro 2023 | 17

artigo

Figura 2. Projetos em Grafeno Não-Reembolsáveis de Empresas Fonte: Elaboração própria.

propriedades mecânicas, antivirais e antiestáticas que o material pode oferecer. O “N/A - Não Aplicáveis” inclui os casos em que o projeto não busca um setor em específico, por se tratar de uma solução de baixo TRL em fase de pesquisa ou por seu potencial ser transversal a diversos setores. O mesmo vale para os casos de “N/A” quando consideramos as aplicações tratando de projetos ainda inespecíficos quanto a finalidade do produto final.

A Figura 3 ilustra a classificação dos projetos para as ICTs. Novamente o setor de “Saúde” se destaca em função de solu-

Figura 3. Projetos em Grafeno Não-Reembolsáveis de ICT. Fonte: Elaboração própria.

18 | setembro 2023 | Revista Grafeno

ções visando o desenvolvimento de materiais com propriedades antivirais ou em medicina diagnóstica. As propostas orientadas para Saneamento Ambiental, Mitigação de Impactos Ambientais e Recuperação de áreas Degradadas, foram agrupadas em “Meio Ambiente”. No caso das aplicações, muitos projetos conduzidos pelas ICTs são inespecíficos em relação a uma aplicação final do grafeno pois são voltados para a própria produção e caracterização do grafeno.

A Tabela 2 por sua vez retrata o os projetos em análise e em

artigo

Tabela 2. Projetos em Contratação e em Análise – Jun/23. Fonte: Elaboração própria.

Instituição Empresa ICT Total

Em contratação / Análise

Valor de Apoio (R$)

Contrapartida (R$)

18

44.296.983,28

4.337.668,96

30 48

86.367.783,63

130.664.766,91

contratação no tema de grafeno do recorte de junho de 2023.

Ainda que estejam sujeitos a análise a e aprovação, é possível afirmar que a demanda de projetos e a carteira de apoio ao tema continua em construção.

Além destes projetos financiados com recursos não-reembolsáveis, há de se considerar o apoio para empresas por meio de crédito de longo prazo, para que estas possam ter estímulo no escalonamento de novos produtos com aplicação de grafeno. O exame dos projetos financiados por crédito reembolsável com escopo englobando aplicações de grafeno nos leva a um total de cinco projetos, cujo valor total de empréstimo é de R$ 251 MM, através de cinco projetos. É preciso ressaltar que a maioria destes projetos não tem o escopo exclusivamente no tema de grafeno, ou seja, esse valor deve ser relativizado. Ainda assim, é possível verificar uma baixa demanda de projetos em grafeno na modalidade de crédito – somente cinco, comparada com as modalidades de apoio não reembolsáveis. Considerando que a primeira apoia projetos maiores, muitas vezes de escala industrial, enquanto a segunda se concentra no apoio ao P&D, corrobora-se aqui a noção de que as aplicações de grafeno no Brasil ainda estão em desenvolvimento.

Projetos Apoiados Vale a pena destacar alguns dos projetos em apoio. Um deles é o GraNioTer (Grafeno, Nióbio e Terras-Raras), sediado no Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN), em Belo Horizonte, MG, Brasil. Com financiamento da FINEP, o projeto visa impulsionar o desenvolvimento de projetos estratégicos em pesquisa, desenvolvimento e inovação relacionados a materiais avançados e minerais estratégicos. O objetivo do GraNioter é trabalhar ampla infraestrutura, oferecendo instalações, laboratórios e equipamentos de ponta para atender às demandas das empresas.

Outro projeto de sucesso é o apoio ao Instituto de Pesquisas Tecnológicas – IPT. Em parceria com a Gerdau e com a FINEP o IPT instituiu uma frente de P&D para materiais avançados baseados em grafeno. A iniciativa tem como finalidade promover a integração da academia com a indústria e preencher a lacuna que existe entre as tecnologias atuais e as aplicações comerciais do material, com foco inicial em polímeros, óleos e graxas e concreto.

A Attend Ambiental (joint-venture das empresas do saneamento

Valor Total (R$)

20.296.073,76

106.663.857,39

24.633.742,72

155.298.509,63

48.634.652,24

Estre e Sabesp) em parceria com o Senai Química Verde e com Startup Nanoplus, desenvolveu uma solução de grafeno capaz de tratar efluentes industriais altamente nocivos, originalmente encaminhados para a incineração e que agora, podem ser tratados e até produzir água de reuso.

Ciência e Mercado, Juntos Fica claro que a consolidação de uma cadeia produtiva capaz de aproveitar o potencial do grafeno depende do encadeamento que vai da ciência até mercado. Esse encadeamento não é linear, é constante. Nesse processo, o apoio público para este tema é fundamental, pois trata-se de alta intensidade de conhecimento. O potencial de criação de valor e impacto do grafeno e seus materiais relacionados para a sociedade brasileira depende do sucesso destas conexões entre diversos atores, principalmente da interação ICT- Empresa. Nesse contexto, as ICTs têm o papel de garantir nossa autonomia tecnológica e realizar a difusão do conhecimento e prestação de serviços técnicos especializados. Também será exigido destas uma capacidade gerencial moderna, para que sejam capazes de se inserir no desenvolvimento de novos modelos de negócios inovadores de base tecnológica – como spin-offs.

Já as empresas assumem os investimentos no desenvolvimento e escalonamento das aplicações, sendo sensíveis as oportunidades de mercado, assumindo diversos riscos – tecnológicos, de mercado, regulatórios, dentre outros. As empresas também precisam conhecer as tecnologias disponíveis e saber onde buscar o conhecimento e como trabalhar em parceria com as ICTs, compreendendo que em P&D não há resultados imediatos. Assim as decisões de investimento das firmas em inovação, geralmente com retornos sujeitos a incerteza e de longo prazo podem ser estimuladas por instrumentos de apoio que mitiguem tais riscos.

Neste cenário, é fundamental o apoio sistêmico para esta cadeia de produção, por meio do apoio às empresas interessadas no desenvolvimento das aplicações de grafeno, e também para as ICTs capazes de prover excelência em conhecimento e a infraestrutura científica necessária.

Revista Grafeno | setembro 2023 | 19

artigo

Referências BELLUCCI, F., VASQUEZ, H. & CONTI, J., 2021. Panorama Tecnológico Grafeno. Contexto Brasileiro e sua Demanda por Financiamento. Disponível em: http://www.finep.gov.br/images/ noticias/2021/Grafeno_setorial_2021.pdf

in Brazil. Brazilian Journal of Physics, 49, 2019. 288-300.

Henrique Vasquez Feteira do Vale, Doutor em Engenharia de Produção pela Universidade Federal Fluminense. Experiência como consultor em gerenciamento de projetos e como Engenheiro de Produção na Petrobrás. Trabalha como gerente na Finep, liderando a equipe responsável por elaborar programas, avaliar propostas e acompanhar projetos dos temas e setores de Novos Materiais, Metalurgia, Química e Saneamento. Atuou na coordenação de diversos programas da FINEP voltados para os temas de Água, Biogás, Novos Materiais e Economia Circular.

GRAPHENE COUNCIL. The 2020 Graphene Survey by The Graphene Council 2021. www.thegraphenecouncil.org

INPI. Tecnologias com GRAFENO - Radar Tecnológico. DIESP 2022. Disponível em: https://www.gov.br/inpi/pt-br/assuntos/ informacao/TecnologiascomGRAFENO_RadarTecnolgico_DIESP_2022atualizado.pdf. Acesso em: 19 jun. 2023.

PIMENTA, M. A.; GERACITANO, L. A.; FAGAN, S. B. History and national iniciatives of carbon nanotube and graphene research

*Este artigo é de exclusiva responsabilidade dos autores, não refletindo, necessariamente, a opinião da FINEP

A fonteira da inovação está aqui!

FALE CONOSCO

EXECUÇÃO DE ENSAIOS

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CONTROLE DE QUALIDADE

A FRENTE DE CARACTERIZAÇÃO do CTNano/UFMG conta com equipamentos de ponta, que garantem excelência na caracterização de materiais de alta performance e com caráter inovador para o mercado, como grafeno e outros nanomateriais.

Protocolos bem estabelecidos são utilizado para análises físico-químicas de nanomateriais, sempre atentos às diretrizes técnicas das normatizações e às boas práticas de laboratório (ABNT ISO 17025) para garantia de resultados válidos e rastreáveis. caracterizacao@ctnano.org

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O CTNano/UFMG possui amplo know how em produção, caracterização e aplicação tecnológica de nanomateriais (nanotubos de carbono, grafeno e seus derivados), bem como infraestrutura propícia para desenvolvimento de pesquisa

SERVIÇOS DE CARACTERIZAÇÃO Atuação na interface entre academia e indústria com o propósito de gerar valor para produtos e processos por meio de caracterizações de materiais.

COLABORAÇÃO ACADÊMICA Incentivo para colaboração técnico-científica com projetos de pesquisa desenvolvidos em universidades e outros institutos de pesquisa.

CONTROLE DE QUALIDADE Caracterização de materiais com foco no monitoramento de qualidade de produtos e processos, baseados em normas técnicas como ISO, ABNT ou outras.

www.ctnano.br

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FÓRMULA SAE MAUÁ RACING TEAM por Thiago Cavalheri dos Santos Souza e Willian Kurilov de Moraes

A

Maua Racing é a equipe de Fórmula SAE do Instituto Mauá de Tecnologia, que participa das competições estudantis nacionais promovidas pela SAE desde 2006, tendo representado o Brasil em competições internacionals diversas vezes. A competição de Fórmula SAE brasileira ocorre anualmente no Esporte Clube Piracicaba-

no de Automobilismo, situado em Piracicaba-SP, atraindo milhares de estudantes de todo o país para participar deste evento que promove a engenharia e o desenvolvimento de futuros profissionais.

A competição consiste no desenvolvimento de protótipos de competição do estilo fórmula, com rodas abertas e

Figura 1. Foto do protótipo de 2022, o MR20-22.

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monoposto, com provas estáticas e dinâmicas realizadas durante durante quatro dias. As provas estáticas são apresentações voltadas para a engenharia, incluindo justificativas de projeto e suas validações, custos, métodos de manufatura, entre outras questões. Já nas provas dinâmicas, o protótipo é efetivamente submetido a testes que visam avaliar distintos aspectos construtivos e características de cada projeto. Essas provas são: • Aceleração: Pista reta de 75m onde o protótipo realiza uma “arrancada“; • Skid-pad: Circuito em formato de “8”, sendo uma curva em cada sentido e de raio constante; • AutoCross: Prova onde o veículo realiza uma volta-rápida em um percurso com diversas mudanças de direção, curvas fechadas e chicanes; Figura 2. Foto da equipe em 2023, durante a 19a FSAE Brasil.

• Enduro: Etapa onde o carro deve percorrer 22 voltas, totalizando aproximadamente 22 km, sem apresentar nenhum tipo de avaria ou mau funcionamento, devendo concluir a prova 1. Histórico exatamente nas mesmas condições em que O nascimento da equipe foi fruto do desenvolvimento do iniciou; trabalho de conclusão de curso de alunos envolvidos com as • Eficiência: Consiste na aferição do volume consumido de competições de Baja SAE. A primeira participação da Mauá combustível de cada protótipo, atribuindo bonificações aos em competições de FSAE ocorreu em 2006, obtendo-se o mais econômicos e eficientes.

Figura 3. Foto do protótipo de 2023, o MR23.

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4° lugar na classificação geral. Após esse marco, a equipe enfrentou desafios e obteve desempenhos medianos ao longo dos anos, devido à falta de comunicação, documentação útil e engajamento/compromisso com o projeto.

Em 2018, houve importantes mudanças e reavaliações no projeto que possibilitaram ao time contar com a nova geração de protótipos. Esta plataforma implementada contava com um novo powertrain Triumph tricilíndrico de 675cc, rodas de 10“ em magnésio, novo projeto aerodinâmico com redução de arrasto e um novo conceito de suspensão. Esse projeto conquistou a 2a colocação na classificação geral na FSAE Brasil em 2018, o que proporcionou ao time a oportunidade de competir em Lincoln, EUA. Com esse novo e eficiente projeto construído, a equipe conquistou importantes resultados, como a participação no Desing Finals em Lincoln, e novamente, a segunda colocação geral nacional em 2019, garantindo, assim, a vaga para a competição internacional, desta vez realizada na California, EUA. Devido à pandemia do COVID-19, a equipe participou remotamente da 17° edição da FSAE Brasil (2022) e dos eventos estáticos da FSAE na California 2021, obtendo excelentes resultados nas provas de Cost Report (3° lugar geral) e real case (1° lugar geral).

Em 2022, a equipe contava com um projeto robusto e eficiente, que havia sido submetido a uma extensa bateria de testes, proporcionando ao time a oportunidade de desenvolver forte afinidade com suas singularidades e aprimorar seu setup para obter o máximo desempenho. No entanto, durante os eventos dinâmicos, uma quebra repentina no motor retirou a equipe da competição e incentivou investigações futuras acerca do problema, que serão discutidas em uma seção posterior deste texto.

No ano de 2023, o time dominou todas as provas dinâmicas e conquistou a primeira colocação em todas elas, exceto na prova de eficiência, trazendo troféus inéditos para a história da equipe, como o 1° Lugar no Autocross e no Enduro.

Com esses resultados nas provas dinâmicas, obteve a 2a colocação na competição nacional, e garantiu a vaga para disputar a competição internacional, que acontecerá em Maio de 2024 em Michigan, EUA. 2. Projetos, métodos e objetivos A ascensão no nível da equipe, respaldada pelas melhorias de desempenho nas competições em que participou, ocorreu com o estabelecimento do novo principal objetivo dessa equipe: tornar-se uma referência em engenharia com excelência, tanto no Brasil quanto no exterior, e consolidar-se como o melhor time de Fórmula SAE do país. Estes objetivos são perseguidos por meio da constante melhoria nos processos de engenharia e estabelecimento de uma base administrativa sólida, que promova agilidade e prepare os membros da equipe para um desempenho profissional excelente na indústria.

De acordo com o capitão da equipe, Thiago Cavalheri,

“com o estabelecimento de um novo objetivo para a equipe em se tornar referência técnica e adminstrativa no meio, é evidente que um novo modelo de trabalho/operação do time tenha de surgir“. Assim, a equipe é dividida em duas áreas principais: Administrativa e Engenharia & Projeto. O setor administrativo é responsável pela comunicação, organização e gerenciamento de tarefas, com objetivo de oferecer o suporte necessário para que as nove subdivisões do setor de Engenharia & Projetos atuem de maneira mais eficiente. Já a área de Engenharia & Projeto é encarregada da constante busca por inovação e otimização do desempenho do protótipo, utilizando métodos consolidados no mundo tecnológico. Além disso, dedica-se à documentação de processos e conhecimentos para que as gerações futuras possuam uma base técnica sólida e atualizada.

A organização do trabalho da equipe é apoiada por ferramentas do pacote Microsoft Office 365, para comunicação, armazenamento de arquivos em nuvem, desenvolvimento de catálogos, fluxogramas e planilhas, além do monitoramento de desempenho individual de cada membro. Adicionalmente, são utilizadas ferramentas de integração de CAD disponíveis tanto nas plataformas de nuvem quanto no próprio programa de CAD utilizado, o Solidworks. Um exemplo disso é a modelagem em contexto futuro e o Model-Based Systems Engineering, que conferem à equipe grande agilidade e possibilidades de integração de projetos das diversas àreas, proporcionando maior desenvolvimento e aprimoramento do modelo trabalhado.

O fluxograma de projeto da equipe baseia-se em estabelecer premissas que visam corrigir problemas diagnosticados no protótipo anterior, atender às sugestões e críticas por profissionais experientes durante o desenvolvimento de projetos anteriores. Com as premissas estabelecidas, são buscadas, na ciência e tecnologia, soluções que possibilitem alcançar as metas estipuladas, posteriormente viabilizadas por excelentes meios de manufatura e implementadas na nova proposta do protótipo.

Para assegurar que o modelo real do veículo corresponda ao modelo computacional calculado e simulado, são utilizadas diferentes técnicas de manufatura. As ferramentas disponibilizadas pela universidade, como o centro de usinagem CNC, o centro de soldagem e o corte a laser, permitem o desenvolvimento de bancadas de teste e ferramentas especiais, como pisos para setup, gabarito de convergência e dummy-wheels.

Estes recursos são essenciais para alcançar um projeto de excelência.

3. A engenharia: exemplo de profissionalismo e tecnologia utilizados Como exemplo das técnicas e metodologias descritas previamente, é relevante destacar o estudo metalográfico realizado em um fragmento de biela fraturada, que se rompeu durante a competição em 2022. Com o intuito de investigar detalha-

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damente as causas desse rompimento em um componente tão crítico, as amostras foram numeradas para facilitar o mapeamento e a rastreabilidade e, em seguida, foram utilizadas técnicas avançadas de microscopia que indicaram conclusões valiosas.

Foi utilizado o Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), com auxilio de suas ferramentas de Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), possibilitando o levantamento de características das microestruturas do material na seção fraturada, bem como a identificação de impurezas e defeitos de fabricação no componente.

Com base nessas informações, a equipe pôde adotar medidas preventivas e estebelecer novos critérios para a operação destes componentes, minimizando falhas e possibilitando-a alcançar objetivos mais ambiciosos, ano após ano, para os competidores, engenheiros e profissionais do futuro.

Figura 4. Imagem da instalação do fragmento analisado no MEV do IMT

Thiago Cavalheri dos Santos Souza, Estudante de Engenharia Mecânica no Instituto Mauá de Tecnologia e líder da equipe de Fórmula SAE Mauá Racing. Além disso, atuou como Gerente de Aerodinâmica e de Driveline. Desde janeiro de 2023 é estagiário na área de engenharia de desenvolvimento e calibração de powertrain na AVL South America.

Willian Kurilov de Moraes, graduado em engenharia de Controle e Automação e pós-graduado em Engenharia Automotiva pela Escola de Engenharia Mauá do Instituto Mauá de Tecnologia.

Atua desde 2005 na pesquisa e desenvolvimento do setor automotivo especialmente ligado à motores, tendo passado pela coordenação de ensaios no Centro de Pesquisas do IMT e como calibrador e especialista em teardown na PSA. Atualmente coordena as equipes de Formula, Baja e H2 SAE no IMT e presta consultoria no setor industrial.

Figura 5. Registro da seção fraturada do componente, capturado pelo MEV

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NANOTECNOLOGIA E SUSTENTABILIDADE por Douglas S. Rocha, Pedro Carísio, Oscar A. M. Reales e Joyce Araújo

Q

uando abordamos o campo da ciência, imediatamente visualizamos um futuro avançado repleto de tecnologias que antes eram exclusivas aos filmes de ficção científica.

Associamos a ciência a um portal para realidades alternativas. No entanto, a ciência atual é uma área de conhecimento humano profundamente multifacetada e multidisciplinar que não só abre portas para futuros empolgantes, mas também serve como uma ferramenta fundamental para enfrentar desafios, encontrar soluções e compreender a complexidade da realidade. Neste contexto, trata-se, portanto, de meio para moldar o mundo e contribuir para a resolução de seus problemas Uma área disruptiva no contexto das ciências exatas vem mudando a perspectiva em relação ao tamanho das coisas e suas funcionalidades, tratando-se da nanotecnologia. Os nanomateriais desempenham um papel de destaque na vanguarda dos materiais avançados. Sua relevância é impulsionada não apenas pela diversidade de propriedades e pelas inúmeras possibilidades de inovação que

oferecem, mas também pelo seu potencial de produção de maneira sustentável, limpa e, sobretudo, altamente eficiente.

Os nanomateriais, em particular o grafeno e seus derivados, como o óxido de grafeno, têm alcançado notoriedade significativa no cenário científico desde o ano de sua descoberta em 2004 pelos físicos russos André Geim e Konstantin Novoselov. Essa descoberta garantiu aos pesquisadores, em 2010, o prêmio Nobel de Física.

Esses materiais apresentam propriedades notáveis com uma ampla gama de aplicações que abrangem desde a medicina até a eletrônica. No entanto, uma questão premente que vem à tona é o desafio econômico associado à produção em larga escala desses materiais, bem como as implicações ambientais inerentes a algumas de suas rotas de síntese.

O grafeno, atualmente, enfrenta obstáculos relacionados ao alto custo de produção e à baixa eficiência do processo. Além disso, o óxido de grafeno, um derivado, muitas vezes é sintetizado utilizando ácidos e solventes orgânicos como principais agentes, o que pode

Figura 1. Estrutura da casca de arroz.

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resultar em impactos ambientais indesejados. Esses desafios representam um entrave significativo para a aplicação em larga escala desses materiais em setores como a construção civil, que apresenta uma alta demanda por produtos inovadores, tornando o processo caro e pouco sustentável. Isso, por sua vez, dificulta a incorporação dessas tecnologias no mercado de maneira economicamente viável e ecologicamente responsável.

A casca de arroz A casca de arroz é um dos muitos materiais que frequentemente são descartados sem uma aplicação específica e, consequentemente, sem valor agregado. Dado seu baixo valor nutricional, essa casca não é adequada para consumo humano. No entanto, devido ao seu considerável potencial calorífico, é comumente queimada para geração de energia, deixando como subproduto uma cinza rica em sílica.

Anualmente, mais de 500 milhões de toneladas de arroz são produzidas no mundo todos os anos, sendo o Brasil o maior produtor de arroz fora da Ásia. A casca de arroz representa 20% do peso total do arroz (Figura 1), deste modo resulta em um problema ambiental significativo devido não apenas à quantidade massiva de cascas geradas, mas também ao seu grande volume. Mesmo quando as cascas não são queimadas, seu descarte continua sendo um desafio ambiental devido ao seu volume considerável e à enorme quantidade produzida.

Quando a queima ocorre, a cinza resultante possui um teor elevado de sílica, que é um material com aplicações valiosas na construção civil. A sílica amorfa é conhecida por suas propriedades pozolânicas, o que significa que pode reagir de forma benéfica com o hidróxido de cálcio presente no cimento, melhorando suas propriedades mecânicas. No entanto, quando a queima não é controlada, pode haver um resíduo de carbono ou sílica cristalina, o

Figura 2. Metodologia de síntese do nanocompósito de silica-GO.

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que se torna uma impureza problemática quando se busca utilizá-la em cimentos. Além disso, o descarte inadequado dessas cinzas pode resultar em poluição do solo, agravando ainda mais os desafios ambientais associados ao descarte das cascas de arroz. Portanto, é fundamental desenvolver métodos sustentáveis para lidar com esse resíduo, aproveitando seu potencial ao mesmo tempo em que se minimiza o impacto ambiental.

E se produzíssemos um nano compósito a partir da casca de arroz, mantendo sua fase sílica associada a um carbono não residual e problemático, mas sim nano estruturado?

Além de conter altos teores de sílica em sua composição, a casca de arroz também apresenta lignina, desempenhando um papel estrutural fundamental na formação da casca. A lignina é o maior biopolímero conhecido na natureza e serve como matéria prima da fase de carbono nanoestruturado no nanocompósito proposto. Por meio de uma série de pré-tratamentos térmicos, utilizando equipamentos como forno ultravioleta, autoclave e estufa a vácuo, a lignina presente na casca de arroz passa por um processo de reticulação epolicondensação de seus anéis aromáticos, culminando na etapa final de pirólise. Nessa fase, a lignina se transforma em um carbono grafítico altamente organizado. É importante ressaltar que as temperaturas de termoconversão da lignina não afetam de forma significativa a sílica, que permanece em sua forma amorfa. Essa característica é de extrema importância, pois permite que, quando o material é aplicado em pastas cimentícias, ele seja capaz de reagir eficazmente com o cimento.

Através desse processo, a partir de uma biomassa previamente descartada, utilizando tratamentos térmicos sem a necessidade de solventes orgânicos, foi possível sintetizar um material avançado

artigo

Figura 3. a) corpos de prova de cimento com Nanocomposito de Sílica-GO; b) teste de compressão dos corpos de prova;

com características notáveis para diversas aplicações, sendo a principal delas a incorporação em matrizes cimentícias. O método se destaca por sua economia e escalabilidade industrial, representando um exemplo concreto de como a valorização de biomassa residual pode contribuir para soluções inovadoras em diversas áreas, com ênfase na construção civil.

O nanocompósito de Sílica-GO, obtido a partir da casca de arroz, emerge como uma solução promissora para aprimorar o desempenho doo cimento na construção civil. Em síntese, a sílica amorfa mantém suas propriedades pozolânicas, que já são conhecidas por melhorar as pastas cimentícias. O carbono grafítico, por estar associado à sílica, apresenta uma dispersão eficiente e pode conferir novas propriedades a essas pastas, particularmente em relação à resistência, impermeabilidade, integridade estrutural e dureza.

Em resumo, o nanocompósito de Sílica-GO representa um novo horizonte de materiais com grande potencial para aplicação em diversas áreas, buscando eficiência. Seu baixo custo de produção, a partir de um material previamente descartado e transformado em um material capaz de introduzir funcionalidades inovadoras, destaca a inovação e um processo sustentável, desde a matéria-prima até o produto final. Isso ilustra uma nova perspectiva na pesquisa de materiais avançados e seu impacto positivo no meio ambiente.

Dessa forma, fica evidente que a pesquisa e a nanotecnologia

podem conduzir a uma ciência sustentável, capaz de abordar os desafios do nosso planeta de maneira eficiente. Isso nos aproxima cada vez mais de pesquisas que estabelecem conexões entre a academia, a indústria e a sociedade, promovendo soluções inovadoras e sustentáveis.

O nanomaterial de carbono formado foi fabricado nas instalações da Divisão de Metrologia de Materiais do Inmetro em Xerém Duque de Caxias (Figura 6 ) no âmbito do projeto de pesquisa intitulado “Uso de fontes renováveis para fabricação de óxido de grafeno e aplicação em nanocompósitos poliméricos”, dentro do edital da FINEP referente a CHAMADA PÚBLICA MCTI/FINEP/ AÇÃO TRANSVERSAL MATERIAIS AVANÇADOS E MINERAIS ESTRATÉGICOS 2020 pelo aluno de Nanotecnologia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Douglas S. Rocha, sob a coordenação da pesquisadora Dra. Joyce Rodrigues de Araújo. As misturas cimentíceas, a moldagem dos corpos de prova e os ensaios mecânicos foram feitos nos laboratórios do “Núcleo de Ensino e Pesquisa em Materiais e Tecnologias de Baixo Impacto Ambiental na Construção Sustentável”(Figura 5 ) em colaboração com os pesquisadores doutores Dr. Pedro A. Carísio e Prof Dr. Oscar A. M. Reales.

Douglas S. Rocha, Pedro Carísio,

Oscar A. M. Reales e Joyce Araújo,

Figura 4

Figura 5

Figura 6

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O PAPEL DO GRAFENO COMO SOLUÇÃO EM ADSORVENTES DE SISTEMAS DAC (DIRECT AIR CAPTURE). por Camila Duarte, Luan Moura, Victor Aragão, Bruno Caetano Silva e Rodrigo Coelho

O

aumento exponencial das emissões de gás carbônico (CO2), ano após ano, acendeu o alerta global para as variações climáticas. Estima-se que já foram emitidos cerca de 2000 Gton de CO2 desde a época pré-industrial, isso significa um aumento de 50% na emissão se comparado esse mesmo período [1].

Pensando em ações remediadoras surge, em 2015, o Acordo de Paris estipulando o controle do aumento da temperatura global em menos de 2 °C/ano (preferencialmente 1,5 °C/ano) antes do final do século XXI [2], o que fomenta o mercado de crédito de carbono [3]. Nesse cenário, o Brasil determinou a meta de redução das emissões de gás carbônico em 37% até 2025 e 43% até 2030 [2], mobilizando empresas do ramo

Figura 1. Graphic abstract do sistema DAC.

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energético a investir em recursos voltados para o desenvolvimento de soluções acessíveis para aplicação em sistemas de descarbonização.

Entre as rotas mais promissoras de descarbonização, atualmente, estão os métodos de captura direta de ar (Direct air capture – DAC) e captura e armazenamento de carbono (Carbon Capture and Storage CCS). Hoje, a união desses métodos já contribui na captura e remoção de 0,0385 GtCO2/ano [4]. Com metodologias similares, o CCS captura o CO2 durante o processo produtivo, enquanto os sistemas DAC agem na descarbonização do ar, remediando a poluição já disseminada. Afinal, nos níveis de emissão atuais, não basta apenas parar de emitir ou atenuar as emissões, é necessário retirar o excesso do que já foi emitido.

artigo

Hoje, existem 19 plantas operacionais de DAC espalhadas pelo mundo, estas com uma capacidade média produtiva de captura de 9000 ton CO2/ano [4]. Ainda assim, para que se atinja o objetivo de 25 Gton CO2/ano até 2025 há um longo caminho a ser percorrido. O maior empecilho para isso é o alto valor agregado desses sistemas, que chegam a custar entre $200 e $600/tCO2 capturado [1], [4].

Diante dos desafios encontrados nos processos, percebeu-se que a melhor abordagem para o aprimoramento de ambos os métodos de descarbonização (DAC e CCS) está associada à compreensão dos mecanismos reacionais de captura. Isso porque eles são fundamentados em uma vasta gama de reações físico-químicas com o objetivo de capturar o CO2 liberado na atmosfera, dentre elas: a absorção, adsorção física (fisissorção) e adsorção química (quimissorção).

Dentre esses mecanismos, a fisissorção é amplamente reconhecida por ser um método sustentável e eficaz para a captura de CO2, funcionando como um processo físico-químico que depende da área superficial específica de um material sólido, na qual as moléculas do adsorbato, como o dióxido de carbono, se aderem seletivamente à superfície do sólido, em esquema análogo à filtragem. A energia de ligação entre o sólido e o gás é equivalente à temperatura de condensação do gás, assegurando uma adsorção suficientemente forte para a captura, ao mesmo tempo em que permite uma dessorção eficaz, tornando a etapa reversível [5].

No DAC, a captura do gás carbônico acontece através de um sistema modular com diversos reatores e, acoplados a eles, contactors, que carregarão os adsorventes responsáveis pela captura do CO2 do processo [6]. Apesar de notavelmente promissor, existem percalços a serem atravessados para que seu rendimento justifique seus custos. A escolha do uso de sólidos adsorventes é vista como a chave da eficiência do método [7]. Por se tratar de um processo que trabalha em condições bastante específicas (baixas concentrações do gás de interesse: CO2, temperatura ambiente), além de também requerer deles uma temperatura de regeneração moderada e uma estabilidade química e mecânica capaz de suportar vários ciclos, sem precisar de substituição imediata [8].

São diversas as opções de materiais que cumprem as especificações para serem usados no DAC. Entre os exemplos mais estabelecidos no mercado de adsorventes, no momento, estão as zeólitas e as sílicas mesoporosas. Contudo, a versatilidade estrutural do grafeno permitiu descobertas de derivados 3D e nanocompósitos que têm chamado atenção dos pesquisadores. Eles são conhecidos por possuírem uma alta área superficial específica, oriunda de poros interconectados de diferentes morfologias e tamanhos, e com uma maleabilidade estrutural inerente as variações dos parâmetros de síntese, essa versatilidade permite uma gama de possibilidades de aplicação, conforme a necessidade do sistema [4].

Sabe-se que o grafeno possui excepcionais propriedades elétricas, estabilidade química e mecânica. Todavia, todas essas características se referem a um material finamente controlado, com uma quantidade de defeitos mínima, além de 2D. O desenvolvimento de diferentes rotas de síntese do grafeno permitiu que outras formas dele ganhassem espaço, rotas essas que, embora sejam mais baratas, renunciam à alta pureza em prol de uma estrutura mais moldável e oportuna para diversas outras aplicações. Por isso, faz-se necessário compreender o papel desses

defeitos, como eles apareciam e como influenciam nas propriedades desse material.

Entre os defeitos mais comuns de serem encontrados no grafeno e seus derivados estão as lacunas, as zonas e configurações de borda, as falhas rotacionais entre átomos da rede, as impurezas e os empilhamentos. Assim como os demais materiais, as bordas, sejam das folhas ou das lacunas, são zonas de maior capacitância, já que se trata de regiões com uma interrupção literal das ligações covalentes dos anéis hexagonais [9]. Sabendo disso, fica intuitivo inferir que esses locais estão suscetíveis a interação com o meio, tornando-os passíveis a reação com demais espécies que possam estar presentes na solução. Nesse caso, diz-se que houve uma funcionalização do material. Esse tipo de manipulação é vastamente explorado pelos pesquisadores por aprimorar, ou criar, propriedades de interesse a partir de sínteses relativamente simples [10].

Um exemplo de síntese bastante difundida, e de baixo custo quando comparada com os métodos de deposição gasosa, é método de Hummers, uma via de esfoliação química do grafite que produz o óxido de grafeno (GO) particulado, que é rico em espécies oxigenadas ligadas, principalmente as zonas de defeito da folha [11]. Essa a característica que permite a produção de outro derivado do grafeno de grande relevância: o aerogel de grafeno. Esse material é conhecido por viabilizar uma estrutura 3D mantendo algumas das principais propriedades do grafeno, tais como, módulo de elasticidade, condutividade e estabilidade química, características ideais na aplicação em sistemas adsorventes para DAC [12], [13]. A formação desse material conta com as pontes estabelecidas pelas espécies oxigenadas do GO ao passarem pelo processo de redução, dando origem a sítios energéticos onde as folhas se conectam via ligações de Van der Walls, essa interação, por sua vez, resulta na formação de paredes e poros a partir de processos de obtenção hidrotérmicos e/ou freeze-casting.

O uso do grafeno e seus derivados aplicados a adsorventes se justifica pela alta performance em captura do CO2 desse material através de processamento e matérias-primas relativamente baratas. Segundo Ruhaimi et al. (2022), em seu review sobre o uso do grafeno funcionalizado para aplicação na adsorção de CO2, os grupos oxigenados presentes no GO, por si só, já aumentam a interação eletroestática entre as moléculas de gás e a superfície das folhas. Além disso, a utilização de processos redutores em meio nitrogenado também foi citada como uma das funcionalizações mais eficazes para aumento da eficiência desse material [14]. Uma vez que, a inserção de espécies nitrogenadas na rede do grafeno aumenta a seletividade da superfície com o gás, fazendo com que seja capturado, mas em ligações relativamente fracas, resultando em materiais com temperaturas de regeneração baixas. Os autores também trazem a aplicação do GO híbrido, sintetizado via técnica solvotérmica na presença de conectores orgânicos contendo boro em sua cadeia, dando origem a Graphene-organic frameworks (GOFs), esses materiais garantem a conexão das folhas de grafeno a partir das cadeias dos precursores orgânicos, ao mesmo tempo que inserem átomos com afinidade pelo CO2 [14]. É importante citar ainda que a natureza dos defeitos criados pela incorporação dos grupos nitrogenados também induz um posicionamento preferencial das moléculas de CO2. Castillo et al. (2018), em seu trabalho, trazem, através de software de simulação molecular, as possibilidades e os impactos dos defeitos da rede do grafeno após a

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artigo

inserção do nitrogênio em sua rede, reforçando o entendimento de que o tipo de defeito define a interação e a estabilidade da estrutura pós captura da molécula [15]. Perspectivas que trazem mais alternativas de manipulação e melhora de performance.

Outro exemplo da versatilidade estrutural do grafeno é apresentado por Rodríguez-García et al. (2019) [16]. No artigo, os autores analisam as performances de dois nanocompósitos na adsorção do CO2: um de óxido de grafeno recoberto com polianilina (C6H5Nx) e outro de grafeno dopado com nanoparticulas de Fe3O4. Os resultados mostram uma relação direta entre o volume de microporos e a capacidade adsortiva desses nanocompósitos, sendo a formação desses microporos um reflexo da presença de comprimentos maiores de folhas do GO. Além disso, uma performance superior foi encontrada na amostra contendo a polianilina, novamente graças a seletividade dos sítios de nitrogênio. Os autores defendem ainda a atuação do grafeno para além da adsorção, ressaltando a reciclabilidade desses compostos híbridos, em condições atraentes para uso em parâmetros industriais.

A otimização dos sistemas DAC conta com a integração de competências de diversas áreas para atingir a eficiência em termos industriais.

A citar o desenvolvimento de soluções em manufatura aditiva para leitos fixos, instrumentos necessários à adesão dos materiais adsorventes dentro dos módulos de DAC, chamados de ‘scaffolds’, partes essenciais na eficiência do sistema.

Em vista da necessidade de novos recursos em tecnologias para captura de CO2, o grafeno exerce uma função importante entre as alternativas mais promissoras, reforçando sua multifuncionalidade que vai desde aplicações em compósitos com incorporação em matriz polimérica até a produção dos próprios aerogéis, permitindo, também, sua versão tridimensional.

Referências [1] M. Ozkan, S. P. Nayak, A. D. Ruiz, e W. Jiang, “Current status and pillars of direct air capture technologies”, iScience , 2022, doi: 10.1016/j. isci.

[2] Acordo de Paris. Brasil: Coordenação-Geral do Clima, 2017.

[3] “Mercado de Carbono”, Portal da Indústria. Acessado: 22 de outubro de 2023. [Online]. Disponível em: https://www.portaldaindustria.com. br/industria-de-a-z/mercado-de-carbono/#:~:text=Mercado%20de%20 cr%C3%A9dito%20de%20carbono,que%20reduziram%20as%20suas%20 emiss%C3%B5es.

[4] O. O. Ayeleru, H. U. Modekwe, O. R. Onisuru, C. R. Ohoro, C. A. Akinnawo, e P. A. Olubambi, “Adsorbent technologies and applications for carbon capture, and direct air capture in environmental perspective and sustainable climate action”, Sustainable Chemistry for Climate Action, vol. 3.

Elsevier B.V., 1o de janeiro de 2023. doi: 10.1016/j.scca.2023.100029.

[5] M. Thommes et al., “Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report)”, Pure and Applied Chemistry, vol. 87, no 9–10, p. 1051–1069, out. 2015, doi: 10.1515/pac-2014-1117.

[6] A. Sodiq et al., “A review on progress made in direct air capture of CO2”, Environ Technol Innov, vol. 29, p. 102991, fev. 2023, doi: 10.1016/j.eti.2022.102991.

[7] J. F. Wiegner, A. Grimm, L. Weimann, e M. Gazzani, “Optimal Design

30 | setembro 2023 | Revista Grafeno

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Camila Duarte, camila.duarte@fieb.org.br; Luan Moura, luan.moura@fieb.org.br;

Victor Aragão, victor.aragao@fieb.org.br;

Bruno Caetano Silva, bruno.silva@fieb.org.br; Rodrigo Coelho, rodrigo.coelho@fieb.org.br

artigo

GRAFENO EM COSMÉTICOS: IMPULSIONANDO A INOVAÇÃO NA ENGENHARIA QUÍMICA ATRAVÉS DA NANOTECNOLOGIA por Marcelo Alexandre Tirelli

O

Introdução grafeno, uma lâmina bidimensional de átomos de carbono organizados em uma estrutura hexagonal, emergiu como um material de grande interesse científico e comercial desde sua descoberta e isolamento bem-sucedidos em 2004 (Novoselov et al., 2004). Este material único é notável por suas propriedades mecânicas superiores, alta condutividade elétrica e térmica, e versatilidade em diversas aplicações (Geim & Novoselov, 2007). Graças a estas propriedades excepcionais, o grafeno se apresenta como um candidato ideal para diversas aplicações industriais, variando desde a eletrônica até os biomateriais. Uma das indústrias que vem buscando explorar o potencial deste material de carbono é a indústria cosmética. Em um setor que é constantemente impulsionado por inovações tecnológicas e pela busca de ingredientes e formulações mais eficazes, o grafeno representa uma revolução potencialmente transformadora.

O campo da engenharia química, com suas múltiplas sub-disciplinas, incluindo termodinâmica, cinética química, fenômenos de transporte e design de processo, desempenha um papel crucial na formulação de cosméticos inovadores. A expertise em engenharia química é vital não apenas para a concepção de novas formulações, mas também para escalar essas inovações do laboratório para a produção em massa. No contexto do grafeno, a engenharia química oferece as ferramentas para entender e otimizar as interações moleculares, a estabilidade da formulação, a cinética de liberação dos ingredientes ativos e muitos outros fatores críticos que poderiam influenciar a eficácia e a segurança dos produtos cosméticos à base de grafeno.

Neste contexto, a Figura 1 oferece uma visão esquemática do potencial do grafeno dentro da indústria cosmética e destaca o papel instrumental da engenharia química no desenvolvimento dessas inovações. A figura ilustra a estrutura molecular única do grafeno e sua

aplicação em diversos produtos cosméticos, demonstrando também como o campo da engenharia química serve como um elo vital na tradução dessas inovações tecnológicas para formulações de produtos reais e eficazes.

Neste artigo, exploraremos como o grafeno pode ser integrado em formulações cosméticas para criar produtos com desempenho superior. Em particular, enfocaremos as aplicações do grafeno em diferentes tipos de produtos cosméticos, os desafios e considerações em engenharia química para o desenvolvimento de tais produtos, e as questões de segurança e regulamentação que devem ser abordadas.

Figura 1. Estrutura bidimensional hexagonal do grafeno, semelhante a um favo de mel, em cores vivas. Ao lado, há uma representação realista de um produto cosmético em aerossol, bem como outros produtos cosméticos.

Revista Grafeno | setembro 2023 | 31

artigo

Grafeno: Propriedades e Características O grafeno tem sido objeto de intensa pesquisa devido às suas propriedades físicas e químicas excepcionais. Em comparação com outros materiais frequentemente utilizados na indústria cosmética, como sílica, zinco e nanopartículas de titânio, o grafeno exibe vantagens significativas.

Propriedades Mecânicas O grafeno é um dos materiais mais fortes conhecidos, com uma resistência à tração que ultrapassa 130 GPa (Lee et al., 2008).

Esta propriedade torna-o ideal para formulações cosméticas que requerem estabilidade mecânica.

Condutividade Térmica e Elétrica O grafeno também é notável por sua alta condutividade térmica e elétrica. Sua condutividade térmica é aproximadamente 5000 W/mK, o que pode ser útil em formulações que requerem controle de temperatura (Balandin et al., 2008).

Versatilidade Química A estrutura do grafeno permite funcionalização química, tornando-o altamente versátil para diferentes aplicações, incluindo a entrega direcionada de ingredientes ativos em produtos cosméticos (Pumera, 2009).

Para uma comparação mais detalhada, a Tabela 1 apresenta as propriedades do grafeno em relação a outros materiais comumente utilizados na indústria cosmética.

Aplicações Potenciais do Grafeno em Cosméticos O grafeno tem suscitado crescente interesse nos últimos anos por suas propriedades multifuncionais e seu potencial disruptivo em diversas áreas, incluindo a indústria cosmética. Este segmento visa explorar de maneira abrangente e detalhada as várias aplicações potenciais do grafeno no campo da cosmética, fornecendo uma visão científica sobre como este material poderia reformular formulações existentes e dar origem a novos produtos inovadores.

Protetores Solares: Ampliando o Espectro de Proteção O grafeno oferece promissoras contribuições para o desenvol-

vimento de protetores solares de última geração. Suas características fotônicas únicas permitem que ele absorva e disperse uma gama ampla de comprimentos de onda de luz, tornando-o altamente eficaz na proteção contra raios UVA e UVB. Além disso, a química superficial do grafeno pode ser funcionalizada para melhorar sua biocompatibilidade e estabilidade em formulações cosméticas. Isso é particularmente significativo porque elimina a necessidade de compostos químicos adicionais que possam causar efeitos colaterais como irritação ou alergias cutâneas (Chen et al., 2017).

Cremes Anti-Envelhecimento: Conjugando Antioxidantes e Agentes Bioativos O grafeno não se limita apenas à proteção solar; ele também pode ser um ingrediente revolucionário em cremes anti-envelhecimento. Sua estrutura hexagonal é responsável por sua alta capacidade antioxidante, a qual é crucial para a neutralização de radicais livres que aceleram o processo de envelhecimento da pele. O potencial de funcionalização do grafeno permite que ele seja combinado com outros agentes bioativos como peptídeos, vitaminas ou ácidos orgânicos, potencializando assim o efeito anti-envelhecimento e fornecendo uma abordagem terapêutica mais eficaz e personalizada (Ali et al., 2018).

Produtos Capilares: De Tratamentos Terapêuticos a Acessórios de Estilização O grafeno pode ser um catalisador para inovações em produtos capilares de várias maneiras. Sua alta condutividade térmica torna-o ideal para ser incorporado em dispositivos como pranchas alisadoras e modeladores de cabelo, garantindo um aquecimento mais uniforme e, portanto, estilização mais eficiente e segura. No contexto terapêutico, o grafeno possui propriedades antimicrobianas que o tornam eficaz no tratamento de condições como caspa e dermatite seborreica, abrindo caminhos para shampoos e condicionadores mais eficazes (Kim et al., 2019).

Cosméticos Decorativos: Um Novo Paradigma em Pigmentação e Sustentabilidade O grafeno também pode encontrar aplicação em cosméticos decorativos, como batons, delineadores e sombras. A forte pigmentação e a maleabilidade do grafeno fazem dele uma

Tabela 1. Comparação de propriedades mecânicas e funcionais entre grafeno e outros materiais comumente utilizados em produtos cosméticos.

Propriedade

Grafeno

Sílica

Zinco

Nanopartículas de Titânio

Condutividade Térmica (W/mK)

5000

1.38

116

8.9

Resistência à Tração (GPa)

Potencial de Funcionalização

130 Alta

32 | setembro 2023 | Revista Grafeno

10

Média

20

Baixa

5

Média

artigo

alternativa atraente aos corantes sintéticos convencionais, que muitas vezes apresentam questões relacionadas a segurança e impacto ambiental. O grafeno não apenas atende aos critérios de segurança, mas também oferece opções mais sustentáveis e eco-friendly.

Perfumes e Fragrâncias: Inovando na Liberação Controlada Em relação a perfumes e fragrâncias, a superfície altamente funcionalizável do grafeno torna possível o desenvolvimento de sistemas de liberação controlada. Isso pode resultar em uma difusão mais uniforme e prolongada da fragrância, aumentando a longevidade e eficácia do perfume, um aspecto muitas vezes desejado pelos consumidores.

Neste cenário, fica claro que o grafeno tem o potencial não apenas de melhorar as formulações existentes, mas também de catalisar o desenvolvimento de novos produtos que podem atender às demandas emergentes em cuidados pessoais e estética Desafios e Considerações Críticas em Engenharia Química para Incorporação do Grafeno em Cosméticos A adoção do grafeno em produtos cosméticos é uma empreitada multidisciplinar que envolve complexas questões de engenharia química. Estes desafios englobam desde a síntese e escalabilidade do grafeno até questões de formulação, estabilidade do produto, custos e considerações de segurança. Abaixo, são analisadas algumas destas dimensões críticas.

Escalabilidade da Produção de Grafeno: Entre Qualidade e Viabilidade Econômica O dilema entre qualidade e custo é evidente na produção de grafeno. Enquanto a deposição química em vapor (CVD) é capaz de produzir folhas de grafeno de alta qualidade, essa abordagem é economicamente viável apenas para aplicações de alto valor agregado devido aos custos de insumos e equipamentos (Novoselov et al., 2004). Por outro lado, métodos como

esfoliação líquida ou redução química de óxido de grafeno oferecem uma produção mais eficaz em termos de custo, mas frequentemente resultam em uma qualidade inferior, com defeitos estruturais ou impurezas que podem comprometer as aplicações finais (Wu et al., 2019).

Formulação e Estabilidade: Aspectos Reológicos e Cinéticos A integração eficaz do grafeno em matrizes cosméticas requer uma compreensão aprofundada dos aspectos reológicos e cinéticos da formulação. O grafeno deve ser disperso de forma homogênea, evitando aglomeração que possa comprometer suas propriedades funcionais. Técnicas tradicionais como ultrassom ou agitação mecânica são muitas vezes insuficientes, pois podem causar a degradação das folhas de grafeno ou induzir efeitos colaterais como a formação de radicais livres (Smith et al., 2020). Novas abordagens, talvez empregando surfactantes específicos ou técnicas de microfluidificação, estão sendo exploradas para abordar essas questões.

Custos Associados: Do Laboratório à Prateleira A jornada do grafeno, desde a pesquisa e desenvolvimento até um produto cosmético comercial, é marcada por várias etapas de custo. Além das despesas associadas com a síntese do material, há consideráveis investimentos necessários em R&D para formulação, segurança e eficácia do produto. Esses desafios tornam imperativo um rigoroso controle de qualidade e um planejamento financeiro robusto (Chen et al., 2017).

Controle de Qualidade e Segurança: Testes In Vitro e In Vivo A segurança é uma dimensão inegociável na indústria cosmética. A alta biocompatibilidade do grafeno em aplicações anteriores é promissora, mas produtos cosméticos demandam uma série de testes rigorosos, tanto in vitro quanto in vivo.

Estes testes devem ser desenhados para avaliar não apenas a toxicidade aguda, mas também os efeitos potenciais de exposição prolongada, como bioacumulação ou reações alérgicas (Ali et al., 2018).

Tabela 2. Testes de Biocompatibilidade

Toxicidade aguda

Teste

Irritação da pele

Método

Teste animal / in vitro

Observações

Avalia efeitos a curto prazo

Patch Test / ensaios celulares

Eficácia e segurança cutâneas

Sensibilização cutânea

Teste de LLNA

Avalia potencial alergênico

Citotoxicidade

Ensaio MTT

Viabilidade celular

Permeabilidade da pele

Teste de Franz

Absorção transcutânea

Revista Grafeno | setembro 2023 | 33

artigo

Tabela 3. Regulamentações Globais

Região

Agência

Diretrizes e Normas

Estados Unidos

Food and Drug Administration (FDA) European Chemicals Agency (ECHA)

Regulamento (EC) No 1223/2009

Ásia-Pacífico

Association of Southeast Asian Nations (ASEAN)

Diretrizes da ASEAN para Cosméticos

Brasil

Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA)

RDC 48/2013

União Europeia

Testes de Biocompatibilidade Antes da comercialização, os produtos contendo grafeno devem passar por testes rigorosos de biocompatibilidade. Isso inclui ensaios de toxicidade aguda e crônica, irritação da pele, sensibilização cutânea e avaliações citotóxicas in vitro e in vivo (Chen et al., 2017). Testes de permeabilidade da pele também são fundamentais para avaliar o risco de absorção sistêmica do grafeno. Para uma visão mais completa e estruturada dos diferentes tipos de testes de biocompatibilidade que o grafeno deve passar, consulte a Tabela 2 a seguir.

Regulamentações Globais O desenvolvimento e a comercialização de produtos cosméticos com base em grafeno não são apenas uma questão técnica e científica, mas também regulamentar. Diferentes jurisdições têm seus próprios conjuntos de normas e diretrizes que regem o uso de novos materiais em produtos cosméticos. A falta de conformidade com essas regulamentações pode resultar em sanções legais e, mais crucialmente, em riscos à saúde pública.

Nos Estados Unidos, a FDA (Food and Drug Administration) é o órgão responsável pela regulamentação de produtos cosméticos, e suas diretrizes estão compiladas no CFR - Title 21.

Na União Europeia, a ECHA (Agência Europeia de Produtos Químicos) regula esses produtos conforme o Regulamento (EC) No 1223/2009. No Brasil, a ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária) é a entidade responsável, e suas diretrizes estão estabelecidas na RDC 48/2013. Para o continente asiático, especificamente nos países da ASEAN (Associação de Nações do Sudeste Asiático), também existem diretrizes próprias para produtos cosméticos.

Cada uma dessas agências tem diferentes critérios de avaliação e métodos de teste, tornando imperativo que os pesquisadores e empresas estejam cientes dos requisitos específicos de cada região onde pretendem comercializar seus produtos.

Para uma melhor compreensão das diferentes agências reguladoras e suas respectivas diretrizes e normas, consulte a Tabela 3.

O entendimento profundo das questões de segurança e regulamentação não é apenas uma necessidade legal, mas também

34 | setembro 2023 | Revista Grafeno

CFR - Title 21

ética, para garantir que os produtos sejam tanto eficazes quanto seguros para o consumo humano. O desenvolvimento responsável e cuidadoso nessa área pode abrir caminho para uma revolução na indústria cosmética, marcada pela incorporação de grafeno em diversas aplicações.

Conclusão e Perspectivas Futuras O grafeno ostenta um potencial transformador nas várias aplicações da indústria cosmética, prometendo inovações que poderiam redefinir parâmetros de eficácia, segurança e sustentabilidade.

Entretanto, a realização desse potencial é permeada por desafios complexos que se estendem além das paredes dos laboratórios e permeiam domínios éticos, regulamentares e econômicos.

Perspectivas Futuras As perspectivas para a incorporação do grafeno em produtos cosméticos são animadoras, mas também apresentam diversas questões em aberto que exigem abordagens inovadoras: 1. Métodos de Síntese de Grafeno Ecologicamente Sustentáveis: Dado o impacto ambiental das técnicas de produção atuais, pesquisas futuras poderiam explorar alternativas mais verdes que minimizem a pegada ecológica.

2. Customização e Funcionalização do Grafeno: O potencial para funcionalizar o grafeno para aplicações específicas em cosméticos, como entrega de medicamentos ou propriedades antimicrobianas, representa um campo fértil para pesquisa.

3. Biocompatibilidade e Toxicogenômica: Além dos testes de toxicidade, um entendimento mais aprofundado do impacto genético e metabólico da exposição ao grafeno é crucial para validar sua segurança.

4. Nanoformulações e Microencapsulamento: Avanços em técnicas de microencapsulamento podem oferecer soluções para a estabilidade e biodisponibilidade do grafeno em matrizes cosméticas.

5. Modelos Computacionais: O uso de simulações e modelos computacionais para prever o comportamento do grafeno em sistemas biológicos pode acelerar o desenvolvimento de produtos seguros e eficazes.

artigo

6. Transparência e Ética em Pesquisa e Desenvolvimento: O envolvimento dos consumidores através de métodos de transparência e rastreabilidade pode ser um fator-chave para o sucesso comercial e a aceitação pública.

7. Políticas Regulatórias e Homogeneização: O cenário regulatório é fragmentado globalmente. Uma convergência ou harmonização nas políticas poderia facilitar a adoção mais rápida e mais segura do grafeno em cosméticos.

Conclusão Final A jornada para a eficaz incorporação do grafeno em produtos cosméticos é tanto uma epopeia técnica quanto um exercício multidisciplinar, envolvendo sinergias entre engenharia química, ciência dos materiais, toxicologia, ética e leis regulatórias. Nesse sentido, o futuro do grafeno na indústria cosmética dependerá da orquestração colaborativa dessas diversas esferas de conhecimento, alinhadas em direção a um objetivo comum: criar produtos que são não apenas revolucionários em suas capacidades, mas também seguros, éticos e sustentáveis. O cumprimento deste objetivo não é apenas uma meta acadêmica, mas uma necessidade social e ambiental, sinalizando um novo paradigma para o futuro da indústria cosmética.

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Wu, Y., et al. (2019). Scalable production of graphene via wet chemistry: Progress and challenges. Materials Today, 26, 67-85.

Marcelo Alexandre Tirelli, Pós-Doutor, Doutor e Mestre em Engenharia de Materiais, e Engenheiro de Segurança do Trabalho e Engenheiro Químico. Sua especialidade reside na interseção de Engenharia Química, nanomateriais, segurança e higiene ocupacional.

Revista Grafeno | setembro 2023 | 35

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