Revista Grafeno – n.9 – dezembro de 2023

no 9 | dezembro 2023

PRIMEIRO ENCONTRO NACIONAL DO FÓRUM GRAFENO

NANO TECNOLOGIA E MATERIAIS DE FRONTEIRA

NANOECOTOXICIDADE DE SISTEMAS BIOLÓGICOS EXPOSTOS A NANOMATERIAIS DERIVADOS DO GRAFENO

GRAFENO PARA JANELAS

GRAFENO COMO CHAVE PARA INDÚSTRIA QUÍMICA VERDE

VEJA TAMBÉM

GALERIA DE FOTOS DO PRIMEIRO ENCONTRO NACIONAL DO FÓRUM GRAFENO

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ANUNCIANTES

conteúdo | no 9 | dezembro 2023

Foto de capa Primeiro Encontro Fórum Grafeno

COLUNAS

Editorial

O Grafeno: Temos um plano para 2024! por Marco Antonio Colosio

Estamos felizes em finalizar a nona edição da Revista Grafeno, a qual conta com um reforço especial do evento “Primeiro Encontro Presencial do Fórum Grafeno”, realizado no SENAI ISI Mário Amato de Materiais Avançados, em 24 de novembro de 2023.

Coluna

Grafeno na Era da Economia do Hidrogênio por Fernando Galembeck

Hidrogênio tem muitas aplicações industriais, especialmente na produção de fertilizantes, sendo também um excelente combustível que queima sem emitir gás carbônico.

Coluna

FERRAMENTAS DE ENGENHARIA: Escutar, qualquer detalhe é importante! por Eduardo Nunes

Fazendo uma analogia da importância da escuta, cito uma experiência importante: Há dois anos, após terminar uma sessão de surf em Peruíbe percebi um zumbido constante no meu ouvido esquerdo que permanece até hoje.

Coluna

ESG e Mobilidade Sustentável por Maria do Carmo Rodriguez

No primeiro artigo desta série sobre ESG e Mobilidade Sustentável, apresentamos a metodologia de avaliação proposta pela Sustainable Mobility for All / SuM4All para a Mobilidade Sustentável a partir de 4 pilares associados aos SDGs.

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ARTIGOS

Nano tecnologia e Materiais de Fronteira – O Senai Cimatec e os materiais avançados

11 por Camila Duarte, Luan Moura, Victor Aragão, Bruno Caetano Silva e Rodrigo Coelho

O SENAI CIMATEC - Campus Integrado de Manufatura Avançada e Tecnologia do SENAI/BA, inaugurado em março de 2002, é reconhecido como uma das principais ICTs do país com foco no desenvolvimento de soluções para a indústria.

Primeiro Encontro Nacional do Fórum Grafeno mobilizou o setor em busca de soluções para acelerar o uso do grafeno no país

16 por Joyce Araujo

O “1º Encontro Nacional do Fórum Grafeno” foi realizado no dia 24 de novembro de 2023 no Teatro Mario Amato, no SENAI localizado em São Bernardo do Campo-SP, e representou um marco para o setor do grafeno no país contando com a presença de diversos representantes de ICT’s, órgãos de fomento, empresas e startups atuantes na temática do grafeno.

“Estudos de nanoecotoxicidade de sistemas biológicos expostos a nanomateriais derivados do Grafeno: aplicações no medio ambiente e Agricultura”

porAna Maria Gagneten e Ana Champi

O óxido de grafeno (OG) é um nanomaterial emergente (NM) que tem sido aplicado em química, medicina, biologia e proteção ambiental. Comparado a outros NMs, o OG possui excelentes propriedades mecânicas e hidrofílicas, mantendo alta flexibilidade e ductilidade.

Revestimento Fotovoltaico orgânico de Grafeno para janelas

por Fabiele Collovini Tavares, Guillermo Nogueira Soares, Jully Regina da Motta, Iris Gonçalves da Silva Moreira, Rogério Valaski, Joyce Araujo – Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro)

Nos últimos anos, a crescente preocupação com a predominância dos combustíveis fósseis como principal fonte de energia trouxe à tona uma série de desafios, como problemas geopolíticos, crises recorrentes do petróleo e a iminência de esgotamento dessas reservas.

Revolucionando a Sustentabilidade: Grafeno como Chave para uma Indústria Química Verde

por Marcelo Alexandre Tirelli

O grafeno, desde a sua descoberta em 2004, emergiu como um dos materiais mais promissores e revolucionários no campo da ciência dos materiais e engenharia.

Nanocompostos Magnéticos em Remediação Ambiental

por Eduardo da Fosenca Koester e Cristiano Rodrigo Bohn Rhoden

A presença de poluentes emergentes é uma realidade nas águas residuais e ecossistemas aquáticos

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O Grafeno: Temos um plano para 2024!

Estamos felizes em finalizar a nona edição da Revista Grafeno, a qual conta com um reforço especial do evento “Primeiro Encontro Presencial do Fórum Grafeno”, realizado no SENAI ISI Mário Amato de Materiais Avançados, em 24 de novembro de 2023.

Primeiramente, lembro da importância de entender que o grafeno é um produto estratégico ao país e tem sido um tema de debate em vários fóruns científicos e técnicos e mantê-lo atualizado nos debates é um caminho muito importante para um crescimento sólido e robusto desta demanda local e nós do Núcleo de Materiais da SAE BRASIL manteremos firme na vanguarda das novas tecnologias.

Após alguns anos lidando com assuntos relacionados ao grafeno, percebo que o ponto de maior interesse neste momento é passar os produtos de grafeno para um patamar superior, ou seja, de um experimento em laboratório para um produto comercializado e será neste sentido que devo seguir nesta conversa.

A Revista Grafeno, desde o começo de seu lançamento, tem mostrado diversas tecnologias desenvolvidas com grafeno e muitas delas, uma novidade ao nosso meio; nos impressionando com oportunidades e opções de aplicação; porém, manter este material em um caminho viável de novos produtos, ainda será um grande desafio.

A mesma motivação que o INMETRO teve em apostar no futuro sólido do produto grafeno; também, entendemos da necessidade de diferenciar o passado do futuro do grafeno. Porém, ainda existem muitas dúvidas quanto ao equilíbrio de fornecimento do grafeno, suas especificações nas escalas manométricas e os controles de laboratório feitos no produto. O sucesso do emprego do grafeno e seus derivados passarão primeiro por uma norma de padronização; na sequência, o controle de processo e por fim, a garantia do produto final. Neste contexto, ainda sobram perguntas sobre os dados toxicológicos e ambientais destes materiais, os quais, aparentemente, não estão totalmente entendidas.

O encontro presencial do Fórum Grafeno foi especial e mostrou o tamanho do interesse coletivo que existe neste campo. O público presente e os palestrantes tornaram o tema bem motivador. Esta edição presente da revista mostrará em detalhes os acontecimentos ocorridos no evento e nos dará uma visão do retorno e qualidade que tivemos ao longo do dia. Citarei alguns aspectos que me impressionaram, com seguem:

As falas de abertura do evento proferidas pelo diretor geral do SENAI ISI, Sr. Carlos Coelho e do pesquisador renomado na área, Sr. Eunézio A. Thoroh, deixaram claro que o SENAI ISI, sede do evento, está fortemente empenhado nesta tecnologia e os esforços para crescer na área não serão poupados. Na sequência, visões de autoridades do governo e órgãos financiadores deram o tom de apoio ao tema. O

INMETRO deixou claro que a sua missão é ser um agente esclarecedor entre as etapas de construção de materiais e a aplicação em produtos. Diversos assuntos foram abordados com um ar de conhecimento da tecnologia e seus desafios. Ao final do dia, o debate com personalidades ligadas com as áreas de matéria prima, pesquisas e aplicações

deixaram claro que a estrada para consolidação do grafeno em solo nacional ainda será longa e árdua; mas, o mais importante já começou, ou seja, o entendimento da vantagem competitiva do uso de grafeno e o conhecimento da importância de unirmos esforços para impulsionar este produto.

Baseado nos conhecimentos adquiridos e os feedbacks dos participantes, o grupo do Fórum Grafeno terá dados importantes para continuar os trabalhos junto ao INMETRO; certamente, com novos parceiros e uma maior visibilidade. Ao final desde ano de 2024, teremos muita informação e dados para dividirmos com a comunidade, e desta forma, já estamos idealizando a realização do próximo evento “Segundo Encontro Presencial do Fórum Grafeno” para o final de novembro desse ano no SENAI CIMATEC da Bahia, importante centro nacional de pesquisa e desenvolvimento; vejam o seu material técnico divulgado nesta edição. Nesta ocasião, já estamos prevendo focar também no “business” deste campo.

Finalizando este editorial, relato por experiência própria que, para ter um produto de importância para sociedade e para os negócios, sempre é necessário ter temas correlatos e agregados, por isto as diversas colunas desta revista relatam formas interessantes de pensar em produtos e negócios; parabéns para o time de colaboradores da revista, nossos patrocinadores e aproveitem esta edição; também, deem uma olhada nas edições anteriores, repletas de novidades. Até breve!

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.

Marco Antonio Colosio marcocolosio@gmail.com

Grafeno na Era da Economia do Hidrogênio

Hidrogênio tem muitas aplicações industriais, especialmente na produção de fertilizantes, sendo também um excelente combustível que queima sem emitir gás carbônico. É atualmente produzido a partir de petróleo e de gás natural, e o atual processo de transição energética exige que ele passe a ser produzido a partir de fontes sustentáveis, sendo então chamado de hidrogênio verde.

O hidrogênio verde também é uma excelente forma de armazenar energia de fontes intermitentes, como a solar e a eólica, contribuindo para a criação de uma matriz energética mais estável e confiável.

Há várias maneiras de se produzir hidrogênio verde, mas a mais usada atualmente é a eletrólise da água, utilizando eletricidade obtida de fonte renovável.

De acordo com o cenário de dois graus do Acordo de Paris, a demanda por hidrogênio de baixo carbono deve atingir impressionantes 343 milhões de toneladas métricas por ano (Mtpa). Dessa demanda potencial, espera-se que o hidrogênio verde responda por 70%, ou cerca de 241 Mtpa. São números muito superiores aos atuais 80 Mtpa que estão sendo produzidos como hidrogênio cinza em todo o mundo. Ou seja, só o mercado de hidrogênio verde deverá ser o triplo do atual mercado atual de hidrogênio cinza. Esse grande aumento na presença de hidrogênio na economia é justificado pelos novos papéis que ele está assumindo, em mobilidade, nas grandes redes elétricas e na produção química.

A crescente importância do hidrogênio verde motiva uma intensa atividade de P&D, explorando todos os caminhos promissores para a sua produção, que ofereçam vantagens sobre o atual estado da arte na eletrólise da água.

Podemos encontrar notícias sobre o uso de grafeno na produção de hidrogênio na plataforma Hydrogen TechWorld, que reúne um evento internacional importante, uma revista e uma página de internet dedicados às tecnologias de hidrogênio. Algumas notícias publicadas em 2023 estão resumidas a seguir.

Uma notícia de 14 de dezembro divulgou um anúncio da empresa First Graphehe, revelando resultados de um estudo independente que destacam a eficácia de eletro-catalisadores à base de grafeno na produção de hidrogênio verde. Eletrodos feitos de grafeno dopado com óxido de metal produzidos por essa empresa reduziram a quantidade de energia necessária para produzir hidrogênio verde.

A análise do Centre for Process Innovation UK (CPI) confirmou que os materiais de grafeno dopados com óxido de metal da

First Graphene podem reduzir o sobrepotencial na eletrólise, aumentando a eficiência energética do eletrolisador, em 43%.

Também foram identificadas melhorias no processo que podem aumentar o rendimento em 64%, reduzir os custos de matéria-prima em 50% e ampliar as opções de óxido metálico no produto, fornecendo uma solução comercial econômica para a indústria de hidrogênio verde. São perspectivas impressionantes, justificando intensos esforços de P&D.

Os eletrocatalisadores usados neste ensaio são uma versão aperfeiçoada dos materiais usados em supercapacitores de óxido de metal desenvolvidos anteriormente.

O estudo foi realizado usando uma célula de geração de hidrogênio monitorada por técnicas eletroquímicas: a voltametria de varredura linear e medidas feitas sob corrente constante,

Os ganhos foram importantes: eletrodos baseados no grafeno dopado, PureGRAPH®, apresentaram valores de sobrepotencial (a 10 mA/cm²) de 0,175 V para óxido de grafeno-manganês e 0,170 V para grafeno-rutênio-óxido de manganês, bem inferiores ao sobrepotencial de 0,305 V obtido com o óxido de rutênio comercial, que é amplamente usado, em condições semelhantes. Quanto menor o sobrepotencial, melhor.

Os pedidos de patente foram depositados pela empresa, fortalecendo o portfólio de patentes principais licenciado exclusivamente para a empresa pela Universidade de Manchester.

Este projeto foi financiado pelo programa Net-Zero Tees Valley, que também permitirá que a First Graphene continue a desenvolver know-how de fabricação para a produção dos materiais de eletrodos.

Michael Bell, diretor administrativo e CEO da empresa disse: “Este é um avanço empolgante ... desenvolvendo nossa próxima geração de produtos que podem ser usados em indústrias de alto valor que serão parte da solução para a descarbonização. Com o rápido crescimento esperado em catalisadores de produção de hidrogênio, esses resultados colocam a empresa em uma posição forte para fornecer uma solução de alto desempenho, econômica e aprimorada com grafeno.”

Em 24 de agosto havia sido divulgado por pesquisadores das universidades de Manchester e Warwick um outro resultado importante sobre um outro problema, o da permeabilidade de grafeno a prótons. ou íons H+.

Há uma década, cientistas da Universidade de Manchester demonstraram que o grafeno é permeável a prótons, núcleos de átomos de hidrogênio. O resultado inesperado iniciou um debate na comunidade porque a teoria previu que levaria bilhões

de anos para um próton permear a densa estrutura cristalina do grafeno. Isso levou a sugestões de que os prótons permeiam não através da rede cristalina em si, mas através dos orifícios em sua estrutura.

Agora, escrevendo na Nature, uma colaboração entre a Universidade de Warwick, liderada pelo Prof. Patrick Unwin, e a Universidade de Manchester, liderada pelo Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo e pelo Prof. Andre Geim (um dos ganhadores do Prêmio Nobel pela descoberta do grafeno) relata medições de resolução espacial ultra-alta do transporte de prótons através do grafeno e provam que cristais perfeitos de grafeno são permeáveis a prótons. Inesperadamente, os prótons são fortemente acelerados em torno de rugas e ondulações em nanoescala no cristal.

A descoberta tem o potencial de acelerar a economia do hidrogênio. Catalisadores e membranas caros, às vezes com pegada ambiental significativa, atualmente usados para gerar e utilizar hidrogênio poderiam ser substituídos por cristais 2D mais sustentáveis, reduzindo as emissões de carbono por meio da geração de hidrogênio verde. Muitas membranas atualmente usadas em eletrolisadores de água são de polímeros fluorados, cuja produção e descarte são acompanhados de riscos ambientais muito superiores aos do grafeno.

A equipe usou uma técnica conhecida como microscopia celular eletroquímica de varredura (SECCM) para medir diminutas correntes de prótons coletadas de áreas de tamanho nanométrico. Isso permitiu que os pesquisadores visualizassem a distribuição espacial das correntes de prótons através de membranas de grafeno. Se o transporte de prótons ocorresse através de buracos, como alguns cientistas especularam, as correntes estariam concentradas em alguns pontos isolados. Não foram encontrados pontos isolados, o que descartou a presença de orifícios nas membranas de grafeno. Portanto, prótons atravessam toda a lâmina de grafeno.

Os Drs. Segun Wahab e Enrico Daviddi, principais autores do artigo, comentaram: “Ficamos surpresos ao ver absolutamente nenhum defeito nos cristais de grafeno. Nossos resultados fornecem provas microscópicas de que o grafeno é intrinsecamente permeável a prótons.”

Inesperadamente, também descobriram que as correntes de prótons são maiores em torno de rugas de tamanho nanométrico nos cristais. Os cientistas descobriram que isso ocorre porque as rugas efetivamente “esticam” a rede de grafeno, fornecendo assim um espaço maior para os prótons permearem através da rede cristalina intocada. Essa observação agora concilia o experimento e a teoria.

O Dr. Lozada-Hidalgo disse: “Estamos efetivamente esticando uma malha de escala atômica e observando uma corrente mais alta através dos espaços interatômicos esticados nesta malha – alucinante”.

O Prof. Unwin comentou: “Esses resultados mostram o SECCM, desenvolvido em nosso laboratório, como uma técnica poderosa para obter insights microscópicos em interfaces eletroquímicas, o que abre possibilidades interessantes para o projeto de membranas e separadores de próxima geração envolvendo prótons.”

Segundo o Dr. Lozada-Hidalgo, a exploração da rugosidade de cristais 2D é uma nova forma de se acelerar o transporte de íons necessário para muitas reações químicas, e poderá permitir o surgimento de catalisadores de baixo custo, substituindo caros catalizadores feitos com metais caros.

É bacharel, licenciado e doutor em Química pela USP onde começou sua carreira e chegou a livre-docente em 1977, depois de pósdoutorados 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, destacandose 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.

Fernando Galembeck

FERRAMENTAS DE ENGENHARIA:

Escutar, qualquer detalhe é importante!

Fazendo uma analogia da importância da escuta, cito uma experiência importante: Há dois anos, após terminar uma sessão de surf em Peruíbe percebi um zumbido constante no meu ouvido esquerdo que permanece até hoje. Apesar de ser constante, a maior parte do tempo não o percebo, pois minha atenção e pensamentos estão voltados para as atividades e desafios do dia-a-dia. Somente em momentos de reflexão, silenciando minha mente por um certo tempo, percebo que ele está presente (zumbido). Neste momento, aproveito para escutar o “cliente” eu, minhas emoções, sentimentos e pensamentos. Neste estado desacelerado é que procuro escutar os outros “clientes” da família, esposa e filhos, suas necessidades e expectativas, desafios e fracassos, assim como o cachorro, gato e plantas, sim, plantas; elas também precisam ser regadas no tempo e quantidade certa, para sobreviverem.

Da mesma maneira que a qualidade dos relacionamentos está intrinsecamente ligada à escuta, o sucesso do desenvolvimento do produto também. Silenciar a mente, calar os pensamentos, se distanciar de todo conhecimento acumulado e julgamentos para que em nenhum segundo sequer perder as informações transmitidas durante o contato com o “cliente”. Cada detalhe conta!

Escutar com os cinco sentidos e caso o “cliente” seja um processo, fazer uso da tecnologia, ampliando a percepção através do uso de sensores à aplicação.

Vale ressaltar, o produto ou serviço desenvolvido não deve atender apenas às expectativas do cliente final (consumidor), mas de toda a cadeia do ciclo de vida do produto, do “berço ao túmulo”. Portanto; idealmente no desenvolvimento do produto, deve-se avaliar dentre as rotas de fabricação possíveis, otimizando impacto ambiental, social, econômico e político, qual será mais fácil de manufaturar, montar, desmontar, reciclar, consertar, recircular, etc., além de atender todas as leis regulatórias da região, e certamente, sempre colocando a segurança em primeiro lugar.

Nesta fase de desenvolvimento, se algum destes clientes desta cadeia complexa não forem escutados, mais cedo (durante a validação) ou mais tarde (no mercado), problemas virão e os custos de reparação normalmente sobem exponencialmente com o passar do tempo e até em casos extremos, onde vidas são ceifadas e não há mais reparação.

No Fórum Grafeno, em novembro de 2023 no SENAI ISI Mário Amato, como exemplo de escuta da cadeia produtiva, foi apresentado um estudo interessante visando a segurança

na manipulação do grafeno devido sua alta toxicidade caso inalado, modificando sua superfície quimicamente de maneira a torná-lo atóxico1. Após a escuta ativa de toda a cadeia, estas vozes são desdobradas em requisitos técnicos, normas e procedimentos para garantir o sucesso total do produto ou serviço durante todo seu ciclo de vida.

Sem dúvida, a escuta ativa é um dos segredos do sucesso, tanto profissionalmente, como pessoalmente, pois pode melhorar a qualidade dos relacionamentos e consequentemente da vida das pessoas. Nos últimos anos, as grandes empresas, além de melhorar a qualidade da escuta dos “clientes” internos e externos, também passaram a se escutar mais como instituição, alinhando seu propósito de vida com um mundo melhor.

Indo um pouco mais além, a escuta pode ser libertadora, pois tem a capacidade de revelar preconceitos, condicionamentos, desperdícios e dores escondidas dentro de “clientes” sem vozes.

A escuta pode também se confundir com o amor, quando for 100% de atenção, ou seja, sem nenhum pensamento, o que inclui: não julgamento, não comparação, não intenção, somente atenção.

Viva a liberdade! Viva a escuta! Viva o amor! Até a próxima.

Referências

1. Trabalho apresentado no primeiro presencial do Fórum Grafeno, em novembro de 2023.

Especialista em resolução de problemas complexos e análises de falhas

Prof. Dr. Eduardo Nunes edunu@alumni.usp.br

ESG e Mobilidade Sustentável

No primeiro artigo desta série sobre ESG e Mobilidade Sustentável, apresentamos a metodologia de avaliação proposta pela Sustainable Mobility for All / SuM4All (www.sum4all.org) para a Mobilidade Sustentável a partir de 4 pilares associados aos SDGs (Sustainable Development Goals):

• 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).

Os 4 pilares são representados por 7 indicadores/métricas principais (Acesso Rural, Acesso Urbano, Gênero, Segurança, Eficiência, Poluição do Ar e Emissão de Gases de Efeito Estufa) que agrupados compõe um índice de 0 a 100 chamado “Sustainable Mobility (SM) Index Score”, de forma a facilitar a avaliação preliminar do estágio de um país quanto a Mobilidade Sustentável e de como ele se posiciona no “Global Sustainable Mobility Index score (GSMI)” a partir do SM Index de 183 países.

Segundo a metodologia de Mobilidade Sustentável da SuM4All, o Brasil estaria na 52ª posição entre os 183 países avaliados. Em artigo anterior abordamos alguns aspectos relacionados à Segurança Veicular e ao indicador de Mortalidade causada por lesões no trânsito da WHO (World Health Organization). Neste artigo, faremos alguns comentários sobre o Gênero e o Indicador de Trabalhadores no Transporte que são do Gênero Feminino (%) da ILO (International Labor Organization).

Considerando todos os modais de transporte (rodoviário, aéreo, marítimo e ferroviário) no Brasil em 2018, o percentual de trabalhadores do sexo feminino no setor de transportes era de 11% do total, classificando o país no grupo C de países em uma escala que vai de A até D (onde A é a melhor performance) e na mesma média dos demais países da América Latina e Caribe, mas bem abaixo dos países do mesmo grupo econômico do Brasil onde a participação feminina média no setor de transporte era de 14%.

Como exemplo de comparação da disparidade entre o papel econômico do país no setor versus sua performance no indicador de gênero, em 2018, o Brasil conquistava a 8ª posição no ranking global de produção automotiva com quase 2,9M de veículos de passageiros e comerciais leves produzidos no país segundo a OICA (International Organization of Motor Vehicle Manufacturers), enquanto isso, ocupava (juntamente com a Argentina) apenas a 68ª posição no ranking da participação feminina em trabalhadores do setor de Transporte dentre os 131 países informados pela ILO (International Labor Organization).

Pesquisa realizada desde 2017 pela Automotive Business (www. automotivebusiness.com.br) com coordenação técnica de MHD Consultoria sobre a Diversidade no Setor Automotivo no Brasil, com a participação de montadoras e autopeças, tem ratificado a estagnação da participação de mulheres no setor automotivo ao longo dos anos. Em 2017 as mulheres representavam 21% do quadro de colaboradores, em 2019 este percentual caiu para 20%, em 2021 caiu novamente para 19% e em 2023 retomou os 21%. Em 2021 apenas 16% das posições de diretoria eram ocupadas por mulheres, 16% em Conselhos e 12% na presidência e vice-presidência.

Por outro lado, o resultado do estudo “Diversity Matters” realizado em 2020 pela consultoria McKinsey & Company sobre diversidade corporativa na América Latina indica que empresas com maior diversidade cultural e de gênero são mais lucrativas e com uma significativa relação entre performance e diversidade de gênero: as empresas percebidas como tendo uma diversidade de gênero maior da liderança teria probabilidade 25% maior de superar a performance financeira de seus pares na indústria, o que reforça o imperativo de mudança em relação a diversidade de gênero nas empresas em geral, e principalmente no setor.

Mas como alavancar a participação feminina no setor automotivo, trazendo impacto social e econômico, pela possibilidade de mais soluções inovadoras que a diversidade cognitiva nos oferece? Sem dúvida um tema bastante complexo e desafiador.

Em mais de 15+ anos como executiva de Marketing, Estratégia e Comunicação no segmento automotivo e da mobilidade sustentável, e como voluntária do Instituto MEO (www.institutomeo.org) que promove a ascensão feminina em posições de liderança, cito algumas iniciativas (não exaustivas) que, no meu entender e vivência, podem contribuir para este objetivo e que necessitam ter aderência devida de forma inequívoca na governança das empresas, a saber:

- Comprometimento da Alta Direção uma Estratégia de D&I (Di-

Figura 1. Fonte: Sustainable Mobility for All / SuM4All website (www.sum4all.org)

versidade e Inclusão) alinhada à Estratégia de Negócios da Empresa.

- Ampliar as iniciativas de captação de mulheres na base da pirâmide com processos seletivos que fomentem a participação feminina, inclusive através de ações afirmativas.

- Desenvolver a Inclusão de Gênero na Cultura Empresarial de forma simples, clara e objetiva, desde o letramento inicial e exemplificação de comportamentos discriminatórios e micro agressões, até a conscientização de homens que passem a advogar pela mudança em lugar de se sentirem ameaçados por ela.

- Estabelecer equiparação salarial a partir de equivalência de atribuições e responsabilidades, sem diferenciações provenientes de gênero, e com avaliações de desempenho e promoções transparentes e justas feitas através da criação de um indicador específico com transparência e divulgação ao mercado.

- Programas de mentoria que abordem e diversidade de gênero e auxiliem as jovens líderes na jornada de crescimento profissional.

- Oferecer oportunidades de ascensão profissional feminina em todos os degraus corporativos, desde a base da pirâmide passando pelos cargos de liderança intermediária até a alta direção formando continuamente pipeline com diversidade de gênero.

Dados recentes da Pesquisa “Women in the Workplace 2023” da consultoria McKinsey & Company divulgados em 2023 identificam que o “glass celing” (“telhado de vidro”) não seria mais um dos principais obstáculos para ascensão feminina. O “broken hung” (“degrau quebrado”) seria o maior obstáculo que as mulheres enfrentam no caminho para a liderança sênior. Devido à disparidade de género nas primeiras promoções, os homens acabam por ocupar 60% dos cargos de gestão numa empresa típica, enquanto as mulheres 40% por cento. Assim sendo, com um número de homens significativamente superior ao de mulheres, há menos mulheres para promover a quadros superiores em cada degrau corporativo e assim sucessivamente o número de mulheres diminui em todos os níveis subsequentes.

Acredito que todas estas iniciativas são importantes e contribuintes para a Equidade de Gênero, assim como para a D&I de maneira geral, o que sem dúvida representa um exemplo significativo de ESG com propósito, podendo ainda alavancar a Mobilidade Sustentável, mas ainda existe um longo caminho a percorrer e considerando os dados relacionados acima, estamos apenas no começo da jornada da mulher do futuro. Seguimos no ativismo da Equidade de Gênero e suas Interseccionalidades com passos firmes e decididos na direção certa.

Maria do Carmo Rodriguez

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.

Figura 2. SuM4All Country Mobility Performance em https://www.sum4all.org/data/files/country_snapshot/country_performance_brazil.pdf

NANO TECNOLOGIA E MATERIAIS DE FRONTEIRA – O SENAI CIMATEC E OS MATERIAIS AVANÇADOS

por Camila Duarte, Luan Moura, Victor Aragão, Bruno Caetano Silva e Rodrigo Coelho

Ecossistema SENAI CIMATEC

OSENAI CIMATEC - Campus Integrado de Manufatura Avançada e Tecnologia do SENAI/BA, inaugurado em março de 2002, é reconhecido como uma das principais Instituições de Ciência e Tecnologia (ICTs) do país com foco no desenvolvimento de soluções para a indústria. O SENAI CIMATEC compreende uma Escola Técnica, um Centro Tecnológico e um Centro Universitário, operando de forma sinérgica e integrada com os ISIs (Institutos SENAI de Inovação) e com os ISTs (Institutos SENAI de Tecnologia).

O Ecossistema conta ainda com o SENAI CIMATEC Park, inaugurado em novembro de 2019, empreendimento de base

tecnológica, voltado para o desenvolvimento de tecnologias em nível de TRL – Technology Readiness Level mais avançados e com outros quatro campi lançados em 2023: o SENAI CIMATEC Sertão, o SENAI CIMATEC Mar e o SENAI CIMATEC Digital, e o mais recente lançado em janeiro de 2024: o SENAI CIMATEC Aeroespacial. A Figura 1 abaixo indica os campi que atualmente integram do ecossistema SENAI CIMATEC.

No segmento PD&I, opera projetos de pesquisa de alto impacto nacional e apoia as organizações e indústrias de diferentes regiões do Brasil, como Petrobras, Shell, Repsol Sinopec Brasil, Braskem, General Motors, Ford, CEMIG, Gerdau, Correios, Tramontina, Suzano, Microsol, Polisul, BRFoods,

Figura 1. Campi integrados ao Ecossistema SENAI CIMATEC

Exército brasileiro, Votorantim, Vale, Embraer, inclusive, em muitos casos, realizando transferência de tecnologia no desenvolvimento de produtos e processos industriais.

No âmbito do centro tecnológico, o SENAI CIMATEC integra o Sistema Brasileiro de Tecnologia (SIBRATEC), liderado pela FINEP, em todos os segmentos, além de participar da rede de laboratórios acreditados pelo INMETRO e ANVISA nas áreas de calibração de sistemas de medição e ensaios. No que tange a PD&I, cabe destacar que o SENAI CIMATEC é uma das principais unidades EMBRAPII no país, tendo hoje uma expressiva carteira em projetos de inovação em diferentes setores industriais, que também empregam recursos de outras fontes de financiamento, tais como ANP, ANEEL, Lei de Informática, Rota 2030, além de recursos próprios das empresas.

Buscando sempre iniciativas que ajudem a indústria a tornar-se cada vez mais competitiva, o SENAI CIMATEC criou, em 2012, a sua incubadora de base tecnológica, como forma de atender a missão de promover a inovação e servir de elo do meio científico e empresarial, por meio da transferência do conhecimento gerado por seus alunos, assim como dos seus pesquisadores e técnicos que atuam na prestação de serviços técnicos e tecnológicos e na pesquisa aplicada, fomentando projetos de caráter inovador.

O Centro Universitário, em breve uma universidade, opera

hoje nove cursos de graduação, dos quais sete em engenharia, um curso de arquitetura e um em Ciência de Dados e Inteligência Artificial. Além disso, o Centro Universitário oferece diversos cursos de pós-graduação lato sensu e três programas de pós-graduação stricto sensu, sendo três programas de mestrado e dois de doutorado, inclusive contando com programas conceito 6 na CAPES, que expressa excelência constatada em nível internacional.

Na formação de nível técnico, o SENAI CIMATEC possui extenso portfólio de cursos profissionalizantes em consonância com as necessidades da indústria, com reconhecidas qualidade e empregabilidade.

O modelo de operação inovador do Ecossistema se baseia na forte integração dos principais negócios citados (educação profissional, ensino superior e tecnologia & inovação), além da

Figura 2. Foto aérea do SENAI CIMATEC Park

Figura 3. Vegetação de referência da região do SENAI CIMATEC Sertão.

integração de competências, com o suporte de importantes parcerias locais, nacionais e internacionais, focalizando a atuação em PD&I. Destacam-se as parcerias com a rede dos Institutos

SENAI de Inovação – ISIs e Institutos SENAI de Tecnologia - ISTs, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts - MIT, os institutos Fraunhofer, o Instituto Alemão de Inteligência Artificial (DFKI) e a Universidade de Aachen, na Alemanha, além do Instituto Tecnológico de Aeronáutica, o ITA, e as universidades UFBA, UFRB, UFRGS, UFCG, UFMG, UNICAMP, PUC-Rio, UFRGS, IPQM e CTMSP (Marinha do Brasil) entre outras instituições.

A Confederação Nacional da Indústria (CNI) reconheceu o SENAI CIMATEC como a sua referência nacional, adotando-o como modelo a ser seguido no seu projeto denominado Programa de Aumento da Competitividade da Indústria Brasileira, que implantou no Brasil uma rede de Institutos SENAI de Inovação (ISI) e de Tecnologia (IST).

Em suma, os quatro pilares da inovação tecnológica (infraestrutura, recursos humanos qualificados, cultura empreendedora e acesso direto a recursos/fomento para o desenvolvimento de projetos), além de um modelo robusto de integração de negócios & competências estão presentes no SENAI CIMATEC. Dessa forma, torna-se mais claro o papel que a instituição exerce para facilitar a convergência desses fatores, proporcionando, assim, o desenvolvimento de projetos de sucesso que promoverão o crescimento da região e do país.

Existe uma lacuna no Brasil de centros tecnológicos com características industriais. De um lado, as universidades realizam pesquisas que vão até o nível de bancada, do outro, as empresas têm suas estruturas voltadas para a produção. Raras

são as empresas que dispõem de plantas piloto e ambientes para o escalonamento de tecnologias e é principalmente nesses ambientes onde acontece o processo de inovação. O SENAI CIMATEC Park ocupa esse espaço, com abrangência nacional e estrutura voltada para demandas industriais que requerem

Figura 4. Parque de testes em implementação da fase 01 do Campus SENAI CIMATEC Mar.

Figura 5. Campus SENAI CIMATEC Digital

condições de controle e operação especiais, dando o suporte à inovação, principalmente na fase pré-competitiva dos desenvolvimentos de produtos e ou processos.

Em 2019, foi inaugurado o complexo industrial SENAI CIMATEC PARK para expandir e aprimorar as capacidades da infraestrutura existente e já consolidada do SENAI CIMATEC. Situado em uma vasta área de mais de 4 milhões de metros quadrados no Complexo Industrial de Camaçari, Bahia, o SENAI CIMATEC Park é um ecossistema de inovação aberta

que integra os conceitos de parques industrial, tecnológico e empresarial.

O SENAI CIMATEC Park (Figura 2) proporciona amplo espaço para a execução de projetos que requerem áreas dedicadas para planejamento de produção, experimentação em grande escala, plantas piloto e desenvolvimento de protótipos em escala real. No SENAI CIMATEC Park, estão instalados o Laboratório de Desenvolvimento da Produção (LDP), maior complexo para pesquisa e desenvolvimento em condições do pré-sal; o Bureau de Manufatura Aditiva e o Centro de Desenvolvimento e Tecnologia da Ford no Brasil, um polo de exportação de projetos e conhecimento para a Ford mundial.

O SENAI CIMATEC Sertão (Figura 3) tem como missão contribuir com o desenvolvimento econômico-social do semiárido brasileiro, por meio da educação, da pesquisa e do desenvolvimento tecnológico, gerando soluções sustentáveis para os desafios da região em alinhamento com as demandas das empresas e do poder público. Em etapa de estruturação e consolidação, porém já executando projetos de grande porte com foco na geração de etanol por meio da biomassa local, o SENAI CIMATEC Sertão viabilizará atendimentos à indústria nacional, pelo suporte à projetos voltados ao desenvolvimento científico e tecnológico para temas relevantes ao semiárido brasileiro, como os destacados a seguir: Segurança hídrica; Desenvolvimento socioeconômico da região; Uso sustentável da biodiversidade; Energias renováveis; Mineração verde; Agro 4.0; e Biorrefinarias, dentre outros.

Figura 6. Atuação dos laboratórios de caracterização de materiais avançados do SENAI

Figura 7. Infraestrutura dos laboratórios do SENAI CIMATEC relacionados com o desenvolvimento de novos materiais e avançados.

O SENAI CIMATEC MAR é um projeto pioneiro no Brasil, com base na Baía de Todos os Santos, a maior baía do Brasil, com uma localização estratégica na costa brasileira e potencial para atender a demandas do país e do exterior (Figura 4). Esse campus traz uma visão tecnológica de apoio a todas as atividades em torno da economia azul, como o desenvolvimento de novas tecnologias, novos hubs de pesquisa, novas áreas do conhecimento e formação de profissionais voltados para a ciência do mar. Dentre os pilares de atuação, destacam-se: Sustentabilidade Socioambiental, Tecnologia Subsea, Tecnologia de Portos, Energias Oceânicas, Amazônia Azul e Desenvolvimento Náutico e Naval.

O SENAI CIMATEC Digital é um campus implantado em parceria com a Prefeitura da cidade de Salvador, localizado no Centro Histórico da capital baiana, com o objetivo de atrair e formar talentos promovendo o desenvolvimento de novos negócios de base tecnológica, tendo como importante vertente a inclusão social (Figura 5). O campus tem como pilares fundamentais a Educação, com o desenvolvimento de cursos de capacitação; a Inovação e Negócios, com apoio ao empreendedorismo digital e fortalecimento de pequenos negócios; e o Desenvolvimento Urbano e Social.

O SENAI CIMATEC Aeroespacial, recentemente lançado, contribuirá com mais um importante pilar para o desenvolvimento socioeconômico do Brasil, pautado nos aspectos científicos, tecnológicos e educacionais, agora com foco neste importante setor, que é o Aeroespacial e Defesa (A&D). O segmento A&D compreende quatro pilares essenciais que moldam o futuro tecnológico e científico do setor: mobilidade aérea avançada, aeronáutica, defesa e espaço. O objetivo geral do projeto é ampliar as competências, infraestrutura e capacidade de desenvolver soluções no Ecossistema SENAI CIMATEC. Fazer diferença na economia no setor aeroespacial brasileiro, por meio da educação, da pesquisa, do desenvolvimento tecnológico, de forma sustentável alinhando as demandas das empresas e do poder público é o grande desafio.

O SENAI CIMATEC e os materiais avançados

Dentro da estrutura de áreas tecnológicas do ecossistema SENAI CIMATEC existem as áreas de Materiais e Fabricação Mecânica que tem como núcleos o desenvolvimento de materiais avançados e os processos de fabricação envolvidos, bem como a caracterização avançada desses materiais para cada aplicação. A Figura 6 mostra um esquema da atuação dos laboratórios de caracterização e a Figura 7 mostra alguns de seus equipamentos. Com foco no desenvolvimento de tecnologia aplicada, o SENAI CIMATEC busca através de especialistas e laboratórios integrados atender a cada demanda da indústria.

Tiago Nunes Lima, Engenheiro de Materiais pela Universidade Federal de Sergipe (2015), mestre (2017) e doutor (2021) em Ciência e Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de Sergipe. Estagiou no centro de pesquisa Helmholtz-Zentrum Geesthatcht Zentrum für Material- und Küstenforschung, na Alemanha, trabalhando com soldagem por fricção de materiais dissimiliares para o setor automotivo. Atualmente atua no planejamento, estruturação e liderança técnica de projetos de PDI na área de engenharia de materiais do SENAI CIMATEC (desde 2018), vinculado ao Instituto SENAI de Inovação em Conformação e União de Materiais, bem como possui vínculo com o Centro Universitário atuando na graduação da engenharia de materiais e mecânica. tiago.nunes@fieb.org.br

Bruno Caetano dos Santos Silva, Engenheiro Mecânico (2013) pela Universidade Federal da Bahia, mestre em Gestão e Tecnologia Industrial (2017) pelo Centro Universitário SENAI CIMATEC, onde também realizou especialização em Conformação e União de Materiais. Participou da implantação do Instituto SENAI de Inovação em Conformação e União de Materiais (2013), no Campus SENAI CIMATEC, e realizou pesquisas no Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (Franhofer IWU, Chemnitz-Alemanha) (2014-2015) com foco em tribologia e deformação em ligas leves (MgAZ31B). Doutorando em Engenharia Mecânica pela Universidade de São Paulo (Poli-USP) com foco manufatura aditiva de materiais metálicos. Atualmente é Gerente Executivo da área de Mecânica (Fabricação, Materiais, Desenvolvimento de Produtos Industriais, Defesa e Segurança e Calibração) no SENAI CIMATEC. bruno.silva@fieb.org.br

Rodrigo Santiago Coelho, Engenheiro Mecânico (2003) com ênfase em Mecatrônica pela Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (PUC-MG), doutorado (2008) pelo Max-Planck Institut für Eisenforschung (MPIE, Düsseldorf-Alemanha), título pela Ruhr-Universität Bochum (RUB, Bochum-Alemanha). Realizou Pós-Doutorado (20082010) no Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialia und Energie (HZB, Berlin-Alemanha) com ênfase em análises de textura cristalográfica usando luz síncrotron. Trabalhou como pesquisador júnior (2010-2011) na Technische Universität Berlin (TU Berlin, Alemanha) e no HZB (2011-2014). Atualmente é Professor Associado e Pesquisador Líder do Instituto SENAI de Inovação em Conformação e União de Materiais no SENAI CIMATEC e Professor convidado na TU Berlin, Alemanha (desde 2010). rodrigo.coelho@fieb.org.br

MOBILIZOU O SETOR EM BUSCA DE SOLUÇÕES PARA ACELERAR O USO DO GRAFENO NO PAÍS

O“1º Encontro Nacional do Fórum Grafeno” foi realizado no dia 24 de novembro de 2023 no Teatro Mario Amato, no SENAI localizado em São Bernardo do Campo-SP, e representou um marco para o setor do grafeno no país contando com a presença de diversos representantes de Instituição de Ciência & Tecnologia (ICT’s), órgãos de fomento, empresas e startups atuantes na temática do grafeno. Após uma série de encontros online desde a criação do Fórum em 2022, finalmente houve o encontro presencial do grupo de trabalho em um evento com diversas palestras, mesas redondas de discussão e estandes onde empresas que trabalham com grafeno e patrocinadores do evento puderam apresentar materiais, equipamentos ou protótipos relacionados ao grafeno.

O Inmetro, um dos organizadores do evento, expôs o primeiro material de referência de óxido de grafeno a ser lançado no Brasil (Figura 1) e também expôs um dispositivo fotovoltaico utilizando grafeno como camada ativa e camada protetora simultaneamente (Figura 2).

Dentre as palestras, trouxemos diversas autoridades de governo e órgãos de fomento e representantes da indústria que abordaram temas como Environmental, Social and Governance (ESG), Metrologia de Grafenos e o papel das ICT’s, empresas e startups no ecossistema de Inovação tecnológica envolvendo o grafeno. Um tema polêmico levantado durante o encontro foi se há “gap” entre a academia e o setor produtivo ou não e se o grafeno passará o denominado “vale da morte” que é uma etapa crítica em que grande parte dos projetos de P&D morre antes de alcançar o mercado. Um dos fatores levantados que permeiam a questão da dificuldade de levar o grafeno às prateleiras se deve a deficiência em investimentos em recursos humanos para atuarem em pesquisa aplicada e desenvolvimento tecnológico na área do grafeno. Foram destacados diversos pontos de vista acerca do tema e, durante o dia, algumas ICT’s como SENAI, Inmetro, CTNano, e hubs tecnológicos como a GraNioTer, mostraram qual o seu papel nessa aproximação entre academia e empresas.

Na mesa redonda “Metrologia de Grafenos” um dos temas discutidos foram as normas ABNT ISO publicadas para o grafeno e os desafios em se ter métodos validados para ensaios de controle de qualidade em grafeno. Já na mesa “Projetos Inovadores em Grafeno: o papel das ICT’s, startups e indústria no escalonamento da tecnologia”, foram destacadas diversas dificuldades enfrentadas pelas empresas para amplificar os

nichos de aplicação do grafeno como o alto custo da obtenção em larga escala, falta de reprodutibilidade e dificuldade da indústria na identificação da aplicabilidade do grafeno no produto final. Sobre a aproximação das empresas com as ICT’s, falou-se sobre a importância da transferência de tecnologia e sobre o licenciamento de patentes. Por último, acerca do tema de certificação do grafeno, foi levantada a dificuldade

para a acreditação de laboratórios devido ao alto custo para a acreditação e manutenção dos requisitos de conformidade e sobre a contrariedade a uma certificação compulsória, pois restringiria a inovação no mercado.

No primeiro do bloco do evento tivemos a fala de três autoridades representando respectivamente o Inmetro, o SENAI e o IPEM-SP. A seguir, segue um breve resumo destas palestras:

Figura 3. Mesa redonda no período da tarde

Figura 1.

Figura 2.

1) “Metrologia científica para a cadeia produtiva do grafeno”: Luiz Fernando Rust da Costa Carmo, diretor do Departamento de Metrologia Científica do Inmetro.

Nesta apresentação, o diretor de Metrologia Científica do Inmetro, Luiz Fernando falou sobre os as facilidades instaladas no Campus do Inmetro localizado em Xerém, dando especial enfoque às áreas de pesquisa em andamento nos laboratórios situados no campus. Ele enfatizou a transversalidade existente entre os diversos setores dentro dos projetos do instituto, citando o “Programa de Avaliação da Conformidade” do Grafeno (PAC) que reúne as áreas de metrologia científica, avaliação da conformidade, metrologia legal e acreditação de laboratórios. Sobre a rede de cooperação que o INMETRO possui, Rust mencionou que atualmente aproximadamente 60 acordos estão vigentes com diversos institutos nacionais e internacionais, sendo um deles sendo o NIST. Falou também sobre a área de formação de recursos humanos do Inmetro onde mencionou a “Diretoria de Educação e Pesquisa” (Diepe) e os programas de ensino que são oferecidos dentro do campus, como os programas de pós-graduação e ensino técnico. Ao final de sua apresentação, o diretor falou sobre o conceito de metrologia dimensional, definição de metro e a importância da rastreabilidade em nanotecnologia. Nas perguntas da plateia, pontos importantes foram discutidos como a existência de alguns obstáculos metrológicos para a comercialização do grafeno e levantada a pergunta sobre qual tipo de produto o mercado tem interesse em certificar. Esse tema voltou a ser discutido na mesa redonda sobre o papel das ICT’s no escalonamento da tecnologia. A produção do material de referência em andamento foi mencionada como uma das ferramentas metrológicas de controle de qualidade que o Inmetro está fornecendo para a sociedade.

2)“O SENAI e o grafeno”: Eunézio Antônio Thoroh de Souza (cargo) (SENAI - ISI Materiais Avançados).

Thoroh falou sobre a ampla atuação da rede SENAI no apoio às indústrias do estado de São Paulo. Em relação a temática do evento, ele enfatizou que o foco das pesquisas em grafeno deve ser voltado para a indústria. Durante sua palestra, apresentou um estudo da McKinsey* sobre novas tendências de mercado que incluem o grafeno. De forma assertiva, Thoroh expôs que um dos maiores problemas que produtores e interessados em aplicar o grafeno vem enfrentando é a falta de mão de obra qualificada para saber trabalhar com o grafeno na indústria. Em relação a temática do grafeno estar passando pelo “vale da morte” ele pontuou que o SENAI atua exatamente nesse “vale da morte” fazendo a interface entre as universidades e a indústria fazendo com que projetos de P&D alcancem a maturidade tecnológica desejada.

3) “Infraestrutura da Qualidade: Instrumento de Inovação e Competitividade”: Marcos Heleno Guerson de Oliveira (Superintendente do IPEM-SP).

O superintendente do IPEM-SP, Marcos Heleno Guerson de Oliveira, grande incentivador da criação do “Fórum Grafeno” durante sua gestão como presidente do Inmetro, falou sobre a importância do “Fórum Grafeno” para o setor industrial e para o mercado de grafeno no Brasil. Marcos Heleno mostrou a posição atual do Brasil no ranking mundial de pesquisa, inovação e competitividade**, chamando atenção ao fato que ao passo que publica-se muitos artigos científicos, os índices de inovação e competitividade do país ainda são baixos quando comparado ao índice das grandes economias. Outros pontos importantes levantados pelo superintendente foram: estratégias para aproximação das empresas e instituições de pesquisa, o papel do IPEM e quais são seus eixos de atuação, anunciou a criação do “Fórum Paulista da Infraestrutura da Qualidade”, dentre outras atuações do IPEM.

2) Toxicologia e segurança do oxido de grafeno: Resultados, Desafios e Perspectivas para Inovação Sustentável - Diego Stéfani Teodoro Martinez (cargo) (LNNano/CNPEM)

O Diretor da área de nanosegurança do CNPEM, Diego Martinez, apresentou os eixos de atuação do CNPEM e do LNNano na temática de estudos de toxicologia de materiais derivados do grafeno, tais como o óxido de grafeno dando ênfase especial para a atuação do LNNano no programa NanoEHS (Ambiente, Saúde e Segurança). Diego discursou sobre a necessidade de uma abordagem integrada para estudos de nanosegurança e destacou as diferenças que existem na avaliação da toxicidade de nanopartículas em comparação à toxicologia clássica de moléculas, demandando muito mais testes complexos quando se trata de estudar a toxicidade dos nanomateriais. Diego apresentou as 12 publicações do seu grupo de pesquisa sobre toxicologia do óxido de grafeno realizadas entre 2013 e 2023 e mostrou também a plataforma de nanotoxicologia do LNNano aberta para usuários externos proporem projetos de inovação e colaborações.

No painel temático ESG, tivemos três importantes palestras. A seguir segue um resumo dos principais pontos levantados:

1) “Interface entre as iniciativas do MCTI para os Materiais Avançados e os princípios do ESG”: Coordenador geral de Tecnologias Habilitadoras dentro da Secretaria de Inovação Felipe Bellucci (MCTI)

Felipe Bellucci apresentou a atuação da “Coordenação Geral de Tecnologias Habilitadoras” no setor de nanomateriais dentro da Secretaria de Inovação do MCTI e colocou qual a visão do governo federal sobre ESG relacionada a nanotecnologia. Destacou-se que as ações em “ES” (“Ambiente e Social”) fazem parte das competências comuns de órgãos de governo previstas na Constituição Federal de 1988, enquanto que ações em governança “G” já foram tomadas dentro destas competências como a “Lei Geral de Proteção de Dados Pessoais” (LGPD) e a “Lei Anticorrupção”. A participação brasileira no programa “Nanoreg” foi citada durante sua apresentação mostrando o contexto no qual o programa foi inserido no Brasil, sendo este um projeto da União Europeia para regulamentação da nanotecnologia estabelecendo parâmetros de testagem, segurança a saúde e meio ambiente por meio do estabelecimento de práticas e limites de uso seguro bem como de práticas ambientais de manejo e descarte de nanomateriais. Foi mencionado que existem dois projetos de lei em andamento sobre nanomateriais e que está em formação um “Comitê Gestor de Materiais Avançados” para o estabelecimento da “Política de Ciência, Tecnologia e Inovação de Materiais Avançados”. Apresentou-se também o Portal CertificaNANO, onde várias iniciativas vêm sendo colocadas a fim de auxiliar os órgãos reguladores (INMETRO, Anvisa, MAPA, Ministério do Trabalho etc).

3) Inovação Tecnológica em nanomateriais de carbono: desafios do Granioter como um Hub Tecnológico (cargo) - Maximiliano D. Martins (GraNioTer) Maximiliano mostrou a atuação da GraNioTer, posicionada como “hub” tecnológico, como uma “ponte” entre mercado e academia, atuando justamente no “vale da morte” fazendo menção à apresentação do diretor do SENAI, Dr Eunézio Thoroh. Foi mencionada a presença da GraNioTer na XXI Brazil MRS Meeting 2023 da SBPMAT, onde houve uma interação entre academia e mercado na promoção de um “Desafio de Ideias”, no qual pesquisadores propuseram soluções a problemas levantados por representantes de empresas. Foi mencionada também a presença da GraNioTer junto ao INMETRO na forma de estande na 2° Feira Brasileira do Grafeno que ocorreu em Caxias do Sul em novembro de 2023. Foram apresentadas as equipes vencedoras do “Desafio de Inovação 2023”, onde participaram pesquisadores e alunos de pós-graduação associados ao CDTN.

4) Finep e o fomento à inovação em Grafeno: programas, projetos apoiados e perspectivasPalestrante: Tadzo Queiroz (FINEP)

Tadzo Queiroz apresentou palestra mostrando como a FINEP vem auxiliando o setor e quais os tipos de instrumentos de financiamento, não-reembolsáveis e reembolsáveis, bem como financiamento direto para empresas, disponíveis para desenvolver pesquisas e projetos inovadores em grafeno. Foi exibido o panorama de financiamentos realizados pela FINEP em 2023. Durante sua palestra, Tadzo explicou o processo de avaliação de projetos, de acordo com o grau de inovação e a relevância da inovação para o mercado. Mostrou também o histórico de atuação da FINEP em Grafeno, desde o programa Inova Mineral em 2016 até o Panorama Tecnológico Grafeno em 2021. Destacou o levantamento da carteira FINEP em iniciativas relacionadas ao Grafeno, mostrando números expressivos de fomentos concedidos, sendo 35 projetos concedidos para ICT’s e 23 projetos concedidos para empresas, evidenciando a composição por setores de atuação e campo de aplicação dos projetos. Em relação às áreas mais contempladas em fomento, Tadzo colocou que nas empresas, projetos no setor automotivo e no campo de compósitos lideram, enquanto nas ICT’s, maiores recursos vêm sendo aportados em desenvolvimentos ligados à área de saúde e sensores.

5) “O que é ESG e sua relação com a inovação: cases práticos” - Palestrante: Janayna Bhering (FUNDEP) Finalizando o painel sobre ESG, Jamyma Bhering da Fundep apresentou de forma detalhada o conceito de ESG destacando casos práticos de sua relação com o mercado de grafeno, como o uso de grafeno para reduzir a pegada de carbono na cadeia de distribuição de embalagens, tecnologias de síntese de grafeno sustentáveis, sem a utilização de solventes tóxicos, o uso do grafeno em baterias para fomentar o desenvolvimento das tecnologias de carro elétrico e também citou o uso do grafeno como material usado na remoção de contaminantes aquáticos. Foram exibidos cases de sucesso de colaboração entre universidades e empresas no âmbito de ESG, como o desenvolvimento de tecnologias para maior eficiência de motores fuel-flex que utilizam biocombustíveis.

Em suma, tivemos uma ótima receptividade, com muita procura por outros setores para adesão ao movimento gerado pelo Fórum Grafeno. A ideia é dar apoio para o desenvolvimento de novos materiais pela indústria, aproveitando as propriedades únicas e aplicações diferenciadas do grafeno”. Avançamos muito na caracterização do grafeno e estamos lançando um programa de certificação de produtos à base de grafeno, para apoiar e fortalecer a indústria nacional.

“Este é um novo mercado, que ainda está começando a se desenvolver e amadurecer aqui no Brasil, e no mundo. Portanto temos importantes barreiras a vencer até que a aplicação destes nanomateriais a base de carbono se tornem “main stream””, comentou Alexandre Correa, CEO da Gerdau Graphene que esteve presente no evento.

O próximo encontro do Fórum Grafeno será no dia 01 de março de 2024 onde espera-se que novas áreas da indústria estejam representadas no Fórum trazendo suas problemáticas para as ICT’s e governo. O segundo encontro nacional do Fórum Grafeno está programado para ocorrer no dia 29 de novembro no SENAI Cimatec em Salvador na Bahia. Contamos com a presença de vocês para avançarmos ainda mais e tornar o grafeno o material do presente e não mais, o material do futuro!!!

Joyce Araujo, Chefe do Laboratório de Fenômenos de Superfície e Filmes Finos (Lafes); Diretoria de Metrologia Científica e Tecnológica (Dimci); Divisão de Metrologia de Materiais (Dimat) INMETRO

Ronaldo da Silva (NanoBusiness), Joyce Araújo (INMETRO), Fernando Galenbeck (Galembetech)

Thiago Cipriano (SENAI), Oleksii Kuznetsov (INMETRO), Joyce Araújo (INMETRO), Celso Scaranello (Remesp)

Itamar Preti (METISA), Udo Fiorini (Grupo Aprenda), Claudiomar Tavares (METISA)

Luiz Fernando Carmo (INMETRO) Celso Scaranello ( Remesp)

Luiz Fernando Rust da Costa Carmo (INMETRO), Marcos Heleno Guerson de Oliveira Junior (IPEM), Eunézio Antonio Thoroh de Souza (SENAI)

Jose Wesley Ribeiro Sousa (CSN), William Jose Fabiano da Cunha (CSN), Victor Vieira da Costa Pereira (CSN), Lidiane da Paixão Carvalho (CSN), Alberto Nei Carvalho Costa (CSN), Schirlei Cristina Androczevecz Silva (CSN), Alessandro Dias de Oliveira (CSN)

Stand do SENAI

Udo Fiorini (Grupo Aprenda), Fernando Araújo (Fortlev), Paulo Sauer (PHS), RICARDO TAKEO KUWABARA (KELDAK), Fernando Galembeck (Galembetech), Diogo Reis de Souza (FRUM)

Diogo Reis de Souza (FRUM), Fernando Galembeck (Galembetech)

Beatriz Portugal (ALL Lubrificantes), Luigi Mazzucco (ALL Lubrificantes)

Aline Pereira (Marluvas), Daniele Belchior (Marluvas), Ariadne Malta (Marluvas)

Edison Luciano Duque (General Motors), Marco Colosio (General Motors), Udo Fiorini (Grupo Aprenda)

Stand da PerkinElmer

Stand do INMETRO

Luiz Fernando Carmo (INMETRO), Joyce Araújo (INMETRO)

Maximiliano Delany Martins (Granioter), Tadzo Queiroz (FINEP), Diego Martinez (LNNano/CNPEM), Janayna Bhering (FUNDEP), Felipe Bellucci (MCTI)

Luis Gustavo Cançado (UFMG), Oleksii Kuznetsov (INMETRO), Erlon Henrique Martins Ferreira (INMETRO), Thiago Cipriano (SENAI)

Carlos Santos (Flash Cover), Bruno Cordeiro Mendes (Flash Cover), Dario Tiago Gomes (Flash Cover), Marco Colosio (General Motors)

Renato Dias Motosinhos (CTNANO), Hállen Calado (CTNANO), Luiza Ferreira (CTNANO), Marcos Felisberto (MackGraphe), Mozair Candido Junior (CTNANO)

Marco Colosio (General Motors), Claudemir Gracino (Skintech Tecnologia), Hállen Calado (CTNANO), Joyce Araújo (INMETRO), Cassiano Rabelo Rabelo (FabNS), Alexandre Corrêa (Gerdau Graphene)

Cristina Esteves (Hexo Graphene), Evaldo José Corat (Hexo Graphene), Sidney Nicodemos da Silva (Hexo Graphene)

Udo Fiorini (Grupo Aprenda), Alexandre Corrêa (Gerdau Graphene), Erlon Henrique Martins Ferreira (INMETRO), Felipe Bellucci (MCTI)

Ivan Umesaki (General Motors), Edson Luciano Duque (General Motors), Marialice Thibes Ponzoni Ciuccio (General Motors), Miriam Bonolli (General Motors), Marisa Kikuchi (General Motors), Marcelo Tirelli (UNIFESP)

Hállen Calado (CTNANO), Luis Gustavo Cançado (UFMG), Luiza De Lazari Ferreira (CTNano/UFMG)

Joyce Araújo (INMETRO)

Francine Coa (LNNano/CNPEM)

“ESTUDOS DE NANOECOTOXICIDADE DE SISTEMAS BIOLÓGICOS EXPOSTOS A NANOMATERIAIS DERIVADOS DO GRAFENO: APLICAÇÕES

AMBIENTE

NO MEDIO

E AGRICULTURA”

por Ana Maria Gagneten e Ana Champi

Resumo

O óxido de grafeno (OG) é um nanomaterial emergente (NM) que tem sido aplicado em química, medicina, biologia e proteção ambiental (Novoselov et al., 2012). Comparado a outros NMs, o OG possui excelentes propriedades mecânicas e hidrofílicas, mantendo alta flexibilidade e ductilidade (Dikin et al., 2007). Apesar do crescente uso e produção do Grafeno e seus derivados como os óxidos de Grafeno (OG) e oxidos de grafeno reduzido (OGR), há muito poucos dados experimentais sobre seus possíveis efeitos ambientais (De Madeiros et al., 2021). Além disso, foi relatado que os resíduos solúveis dos reagentes restantes do processo de síntese e as impurezas contidas nas amostras também podem aumentar a toxicidade do OG. A literatura mostra grande variabilidade na suscetibilidade dos organismos teste ao OG (Seabra et al., 2014; Castro et al., 2018). Embora esses compostos tenham surgido como andaimes para inúmeras aplicações biomédicas e tecnológicas, incluindo entrega controlada de medicamentos, biossensores, engenharia de tecidos e diagnósticos, resultados contraditórios foram registrados, ou seja, sem toxicidade, ou toxicidade dependendo do tipo de composto (Grafeno, OG, OGR, etc.) e do modelo biológico em estudo.

Há muito pouca informação sobre a nanoecotoxicidade do grafite e nanomateriais do grafeno sobre linhas celulares, cepas bacterianas, microalgas, animales dulceacuícolas o marinhos, como macro e microcrustáceos, peixes ou ainda em vegetais terrestres, apesar de sua relevância na manutenção do equilíbrio do ecossistemas e para o consumo humano. Este trabalho presenta alguns resultados do estudos preliminares dos nanomateriais derivados do grafeno, como o óxido de grafeno liofilizado e sonicado (L-SGO) sobre Chlorella vulgaris (microalga), e sobre a germinação do Allium cepa (cebola), e Lactuca sativa (alface).

A síntese e caracterização físico-química dos OG foram feitos por processos químicos como método de Hummers modificado e suas respetivas caraterizações foram realizadas com diferentes técnicas: XPS -RAMAN-FTIR- DRX-AFM-TEM-SEM. Os estudos fisicoquímicos biológicos em médios de cultivo e nos modelos biológicos: Chlorella vulgaris, Allium cepa, e Lactuca sativa expostos a materiais do grafeno, foram realizado com diferentes técnicas: FT-RAMAN-TEM e SEM; Espectrofluorimetria e UV-Vis. Finalmente, apresentamos algumas perspectivas futuras de aplicações OG na agricultura e no meio ambiente.

Metodologia

Síntese dos óxidos de grafeno (OG)

OOG foi sintetizado por meio do método de Hummer modificado, a partir do pó de grafito natural e de NaNO3 (relação 2:1) misturado em um becker com H2SO4. A mistura foi agitada em um agitador magnético em banho de gelo, durante 5 h (Zuñiga et al., 2022) (Fig. 1). Logo a amostra foi liofilizada num equipamento JJ Científica e finalmente ultrasonicada en un equipo SolidStell com um poder de 100 W durante

3 h para obter óxidos de Grafeno em forma de folhas (Fig. 2) a qual chamaremos de L-SGO. Para os ensaios ecotoxicológicos, a sonicação do OG é realizada nos respectivos meios de cultivo.

Caracterização físico-química dos L-SGO

As folhas de OG foram observadas por microscopia eletrônica de varredura (Fig. 3 A) e por EDS verificou-se que os elementos predominantes nas folhas OG são carbono e oxigênio,

Figura 1. Rota da Síntese do Óxido de Grafeno (OG)

Figura 2. Mostrando o proceso da liofilização do OG, na sequência ainda é sonicado por 3hrs para obtermos o L-SGO

corroborado pela Espectroscopia Raman (Fig. 3 B). as bandas D e G estão localizadas em 1350 e 1597 cm-1, respectivamente. Na Figura 3C, mostramos as análises dos espectros Raman (Zuñiga et al., 2022; Surekha at al., 2020).

Nos gráficos comparativos dos espectros Raman (Fig. 4a) é possível distinguir as mudanças nas bandas e intensidades, o que dá credibilidade ao processo de síntese dos óxidos de grafeno. Nossos resultados correspondem aos relatados por Johra et al., (2014).

Por difração de raios X (Figura 4 b) do L-SGO, mostrou um pico forte em 12,3° com uma distância entre planos de cerca de 7,19 A; ao contrário do óxido de grafeno liofilizado sem sonicação, mostrou um pico intenso em 11,3° com uma distância interplanar de 7,82 A, e o grafite mostrou um pico intenso em 26,4°. De acordo com Bera et al. (2018), a ausência de outros picos, exceto o de 12,3°, indica que o produto resultante estava livre de outras impurezas.

Ensaios de FTIR (Fig. 5a) nos mostram que nosso L-SGO é composto de grupos vibracionais que incluem grupos carbonila (C=O), aromático (C=C), carboxila (–COOH), epóxi (C-O-C) e hidroxila (O-H). Esses resultados mostram que as impurezas devido ao processo químico durante a obtenção do L-SGO são mínimas, mostrando um L-SGO de alta qualidade. Nossos resultados correspondem aos relatados por Ferrari et al., (2006); Graf et al., (2007); Elias et al., (2009); Tuinstra et al., (2014); Shahriary et al., (2014) e Ferrari et al., (2014).

Os espectros de UV-VIS mostraram que o L-SGO exibiu absorção máxima em torno de 236 nm com uma banda de ombro em torno de 308 nm (Fig. 5b) e o gap de Tauc é determinado para OG como se mostrado na Fig. 5c.

Finalmente, os espectros XPS (Fig. 6) das amostras de Grafite, OG com seus respectivos picos de deconvolução, o componente C-C é observado em todos os dois espectros. Após a oxidação, observamos um aumento considerável na

intensidade de pico dos dois grupos de oxigênio comumente presentes no OG.

Estudos nanoecotoxicológicos

Os estudos nanoecotoxicológicos requerem uma caracterização precisa e integrada dos nanomateriais em estudo, para estabelecer correlações entre as características físico-químicas dos nanomateriais e seus possíveis efeitos tóxicos. No entanto, uma caracterização integrada requer o uso de técnicas avançadas para a caracterização morfológica, espectroscópica, térmica, etc. dos materiais. Estas caraterizações foram realizadas na Central Multiusuaria (CEM) da UFABC, nosso Laboratorio de pesquisas e na Laboratorio de pesquisas na Universidad Nacional del Litoral (Argentina).

Análise estatística

Todos os dados biológicos obtidos nos ensaios foram analisados por análise de variância unidirecional (ANOVA), após verificação da homocedasticidade das variâncias com o teste de Levene. Os testes de comparações múltiplas de Dunnett serão utilizados para determinar possíveis diferenças significativas entre as concentrações controle e testadas e o pós-teste de Tukey com limite de confiança de p<0,05. Para dados não paramétricos foi utilizado o teste de Kruskal-Wallis e as diferenças, localizadas pelo teste post hoc de Dunn.

Ensaios com Chlorella vulgaris

As cepas do Chlorella vulgaris, eram obtidas de culturas próprias no Laboratório de Ecotoxicologia (Universidade Nacional do Litoral, Santa Fe, Argentina), cultivadas em frasco Erlenmeyers de 2.000 mL sob condições estéreis em meio

Figura 3. A) Fotomicrografia SEM de OG liofilizado e sonicado na forma de folhas de OG. B) Espectro Raman mostrando as bandas D e G do OG deixa em C) a análise do espectro Raman com os parâmetros das bandas D e G característicos do OG.

Johnson modificado (Borowitzka, 1988). As culturas foram mantidas em temperatura constante (23 ± 2°C) com aeração uniforme e contínua, intensidade de luz constante (aproximadamente 8.000 Lux) e agitação contínua utilizando placa magnética de 100 rpm. Para investigar os potenciais efeitos do L-SGO sobre Chlorella vulgaris foam realizados Testes de Inibição de Crescimento seguindo o protocolo OCDE 201 (OCDE, 2011), exponiendo as microalgas por 96 horas a quatro concentrações de L-SGO: 0,1 (C1); 1(C2); 10 (C3) e 100 (C4) mg L-1 suspensos em meio Johnson modificado e controle negativo (sem L-SGO), todos em triplicata e sonicados por 3 horas. Os efeitos do L-SGO em Chlorella vulgaris foram avaliados nos seguintes pontos finais: 1) concentração eficaz 50 (96 h-EC50); 2) taxa de crescimento (μ) e percentual de inibição da taxa de crescimento (% I); 3) diâmetro celular e biovolume; e 4) concentração de pigmentos (clorofila-a, clorofila-b e carotenoides) e os seguintes índices: proporção de clorofilas e índice de pigmentos, nos tratamentos e na testemunha ao final do ensaio. Estes estudos foram realizados na Universidad Nacional del

Litoral (Argentina). Além disso, 5) análises de OM, 6) SEM e 7) FT-Raman foram realizadas em células expostas e não expostas; estos estudos foram realizados na Universidade Federal do ABC (SP, Brasil).

Os principais resultados os quais podemos observar na Figura 7 são: Concentração eficaz 50, CE50 = 37,52 mg L-1. Apenas 100 L-1 afetaram a taxa de crescimento de Chlorella vulgaris. Pigmentos (Clorofila a, b, e carotenos; Densidade Celular, Diâmetro Celular e Biovolume, não foram afetados. Na figura 2, células de C. vulgaris podem ser observadas no controle (A) sem GO e nas diferentes concentrações de GO (B,C;D,E) com folhas L-SGO, e em D e E, em sua maioria destruídas e formando conglomerados com o GO (Schmuck et al., 2023).

Testes com Lactuca sativa

Os testes de toxicidade com sementes de alface são estáticos, de toxicidade aguda (120 horas de exposição). Os efeitos fitotóxicos podem ser avaliados no processo de germinação das sementes durante os primeiros dias de desenvolvimento. É importante

Figura 4. a) Espectros Raman, e b) Espectros Difração de Raios X do Grafite (matriz), OG em pó e L-SGO.

considerar que, durante o processo de germinação dos primeiros dias de desenvolvimento, ocorrem inúmeros processos fisiológicos nos quais substâncias tóxicas podem interferir, afetando a sobrevivência e o desenvolvimento normal da planta, que é altamente sensível a fatores externos adversos. A capacidade de se estabelecer em um determinado ambiente é essencial para garantir a sobrevivência da espécie. A avaliação do desenvolvimento da radícula e do hipocótilo são bioindicadores importantes para o estabelecimento e desenvolvimento da planta (Gagneten et al., 2021). Este teste de toxicidade tem sido recomendado e aplicado por diferentes órgãos de proteção ambiental para a avaliação ecotoxicológica de amostras ambientais e compostos puros, além da avaliação dos efeitos fitotóxicos de agrotóxicos em espécies, para o registro desses

compostos (OECD, 2011).

Os testes de toxicidade de germinação e alongamento radicular foram realizados seguindo USEPA (1989). O teste foram estático e foram utilizadas placas de Petri de vidro de 100 mm para cada teste, expondo as sementes a 0,1 (C1); 1(C2); 10 (C3) e 100 (C4) mg L-1 de L-SGO, e controle negativo (sem grafeno), todos em triplicata. Os experimentos foram realizados em condições constantes do laboratório. A solução teste foi água dura reconstituída como meio de diluição, conforme APHA (1992). Para cada experimento foram colocadas 20 sementes em cada placa de Petri, com papel filtro no fundo; 4 mL das diferentes diluições de L-SGO são despejados na placa e depois incubados no escuro a 20 ± 2 °C durante 72 h. O pH e a condutividade devem ser medidos

Figura 5. A) O espectro infravermelho de FT-IR mostra a incorporação de grupos funcionais contendo oxigênio em óxidos de grafeno. B) Espectro de UV-vis do L-SGO para determinar na sequência; C) o gap óptico do L-SGO o qual seria de 2.25eV.

no início e no final do teste. A aceitabilidade dos resultados é: % de germinação > 90% no controle (USEPA, 1989). Os possíveis efeitos prejudiciais do grafeno na germinação de L. sativa, foram avaliados nos seguintes pontos finais: 1) porcentagem de germinação (%) e 2) alongamento da radícula (mm) em tratamentos de controle e L-SGO. Estes estudos foram realizados na Universidad Nacional del Litoral (Argentina). Adicionalmente, 3) SEM, 4) SEM, 5) FT-Raman e 6) Análises espectrofluorimétricos foram realizados em sementes expostas e não expostas. Estos estudos foram realizados na Universidade Federal do ABC (SP, Brasil).

Os principais resultados formam: Controle versus 100 mg L-1 p < 0,05. EC50 > 100 mg L-1. Esses dados categorizam o material de teste como praticamente sem efeitos tóxicos. Na fig. 8, raízes de L. sativa podem ser observadas no controle (A) sem GO e nas diferentes concentrações de GO (B,C;D,E). Uniformidade e pouca deformação foram observadas nas concentrações de 0 a 10 mg L-1. Além disso, foi observada a presença de L-SGO na forma de flocos (Fig. 8E) (Schmuck et al., 2023).

Testes com Allium cepa

Os ensaios com Allium cepa (cebola) foram realizados segundo Castillo (1994). Resumidamente, quando um bulbo de cebola é reidratado, o crescimento das células meristemáticas das raízes é estimulado, o que permite seu crescimento. No entanto, quando o processo é realizado sob o efeito de substâncias tóxicas, a divisão celular dos meristemas pode ser inibida, retardando o processo de mitose ou destruindo as células. Essas alterações geralmente impedem o crescimento normal das raízes e, portanto, seu alongamento (Fiskesjö 1985, 1993, 1997).

Foram preparadas três dispersões de L-SGO: 1, 10 e 100 mg L-1, sonicadas por 3 horas antes do início dos ensaios. Os testes foram realizados em uma câmara sem iluminação direta em temperatura ambiente. Foram utilizados quinze béqueres de 250 mL incluindo um controle positivo (+) (água mineral), um controle negativo (-) (água Mili-Q usada para diluições L-SGO) e três concentrações de teste de L-SGO (1, 10 e 100 mg L-1), cada um em triplicado (15 ensaios no total). A sensibilidade ao L-SGO em Allium cepa nos tratamentos com L-SGO em relação ao controle foi avaliada com: 1) o percentual de inibição (%I) do crescimento das raízes; 2) o Índice Mitótico. Estes estudos foram realizados na Universidad Nacional del Litoral (Argentina) e em nosso laboratorio de pesquisas da UFABC. Apenas o comprimento da raiz diminuiu significativamente na maior concentração de OG (100 mg L-1) (p<0,05).

Conclusões

Em síntese, neste trabalho está documentada menor toxicidade do L-SGO do que outros materiais de grafeno, A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (USEPA, 2016) afirma que uma substância não é tóxica em concentrações

iguais ou superiores a 100 mg L-1. Então, o OG liofilizado e sonicado seria apenas ligeiramente tóxico para C. vulgaris, e A. cepa, e não tóxico para a germinação de L. sativa

A obtenção de L-SGO por liofilização e sonicação, mostrasse como verdadeiros métodos para diminuir a toxicidade do OG em modelos biológicos, e um menor impacto ambiental relacionado com este composto poderia ser esperado, abrindo possibilidades para múltiplas aplicações nas áreas de biomedicina, fármacos, materiais, bioengenharia, biotecnologia ambiental e ciências básicas.

Perspectivas futuras

Possíveis usos de um óxido de grafeno por nós produzido são na agricultura, como fertilizante, como suporte não tóxico para agroquímicos (pesticidas, fertilizantes), no âmbito da agricultura de precisão, com amplo desenvolvimento nos últimos anos. Outras possibilidades de serem exploradas de aplicativos promissores em meio ambiente estão relacionadas à biotecnologia ambiental, incluem o uso do L-SGO como sistemas de descontaminação de metais pesados, compostos fenólicos, fármacos, entre outros contaminantes em estações de tratamento de efluentes urbanos ou industriais.

Figura 6. Espectros XPS das amostras de Grafite e L-SGO.

Figura 7. Imagens SEM de C. vulgaris expostas ao L-SGO: A) Controle (sem L-SGO); B) C1: 0,1 mg L-1; C) C2: 1 mg L-1; D) C3: 10 mg L-1 e E, F) C4: 100 mg L-1

Figura 8. Imagens SEM de L. sativa exposta ao L-SGO: A) Controle: sem L-SGO; B) C1: 0,1 mg L-1; C) C2: 1 mg L-1; D) C3: 10 mg L-1 e E) C4: 100 mg L-1

Este trabalho teve um depósito de patente:

Champi, A., Gagneten, A.M., Vasquez, J., Rondan, W., Reno, U., Regaldo, L. and Schmuck, J. Número do Processo: BR 10 2023 014571 0. Processo de síntese de óxido de grafeno, óxido de grafeno e seu uso em nanoecotoxicologia. Instituto Nacional de Propiedad Intelectual. 20/07/2023. São Paulo. Brazil.

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Agradecimentos

Agradecemos especialmente a colaboração de Ulises Reno,Wilfredo Rondan, Josefina Schmuck, Maria Rosita Rivera, Luciana Regaldo e Jaime Vasquez para a realização dos testes e medições apresentados neste trabalho. Á Central-mutiusuaria da Universidade Federal do ABC pelos equipamentos e a Nacional do Grafite – MG pelas amostras de Grafite Natural as quais foram utilizadas para obter os L-SGO.

Ana Maria Gagneten, Laboratorio de Ecotoxicología. Facultad de Humanidades y Ciencias. Universidad Nacional del Litoral, 3000, Santa Fe, Argentina. amgagneten@gmail.com

Ana Champi, Laboratorio de Novos Materiais de Carbono: Grafeno. Universidad Federal do ABC, Santo André, SP 09210580, Brazil. ana.champi@ufabc.edu.br

REVESTIMENTO FOTOVOLTAICO ORGÂNICO DE GRAFENO PARA JANELAS

por Fabiele Collovini Tavares, Guillermo Nogueira Soares, Jully Regina da Motta, Iris Gonçalves da Silva Moreira, Rogério Valaski, Joyce Araujo, Roberto Jakomin – Instituto

Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro)

Nos últimos anos, a crescente preocupação com a predominância dos combustíveis fósseis como principal fonte de energia trouxe à tona uma série de desafios, como problemas geopolíticos, crises recorrentes do petróleo e a iminência de esgotamento dessas reservas. Além disso, o uso intensivo desses recursos tem gerado danos ambientais significativos. Em resposta a essas questões, surgiu a necessidade premente de explorar alternativas energéticas, impulsionando uma mudança global em direção às energias renováveis. Atualmente, o cenário da transição energética se desenvolve com a implementação de políticas e subsídios que visam atender às diversas prioridades e metas de cada país. Esses objetivos comuns incluem garantir o fornecimento seguro de energia, impulsionar a competitividade por meio de tecnologias mais acessíveis e preservar o meio ambiente. No âmbito das energias renováveis, a energia fotovoltaica tem sido objeto de pesquisa intensiva ao longo de várias décadas, destacando-se como uma fonte com menor impacto ambiental se comparada às fontes convencionais. Embora a adoção de painéis solares tenha crescido significativamente, a inovação contínua nesta área busca aprimorar a eficiência e durabilidade desses sistemas, entre outros aspectos. Uma das inovações mais promissoras nesse contexto é a produção de dispositivos fotovoltaicos

orgânicos. Essa abordagem substitui a camada ativa tradicional, composta por semicondutores inorgânicos como o silício, por filmes orgânicos, utilizando polímeros e moléculas. Os dispositivos orgânicos apresentam algumas vantagens estratégicas, como um menor custo de produção, espessuras menores e a possibilidade de produção de painéis flexíveis por impressão, fatores estes que consolidaram este ramo de pesquisa como um dos mais promissores na atualidade.

O protótipo apresentando no estande do Inmetro durante o “Primeiro Encontro Nacional do Fórum Grafeno”, se trata de um dispositivo fotovoltaico flexível, com vistas a produção de janelas fotovoltaicas com menor custo de produção e maior estabilidade, fabricado sobre substrato de policloreto de vinila (PVC), sendo este bastante estável diante de condições ambientes, como alteração de umidade, temperatura e pressão. Sobre o substrato de PVC foi depositada uma camada condutora e semitransparente de óxido de estanho-índio (ITO) de ~300 nm onde, em seguida, depositou-se a camada ativa de politiofeno, de ~150 nm, material este com estabilidade e absorção de radiação adequadas para a aplicações fotovoltaicas. O filme foi produzido por método eletroquímico, isto é, através de reações físico-químicas a partir de uma solução previamente preparada e submetida a voltagens

Figura 1. (A) Teste de torção no dispositivo flexível composto por PVC/ITO/Politiofeno/PVC/Grafeno/ Prata, mostrando a estabilidade mecânica das camadas ativas e dos eletrodos; (B) dispositivo flexível instalado sobre substrato rígido de vidro; (C) Protótipo testado sob iluminação ambiente.

previamente determinadas em uma célula com três eletrodos. Entretanto, a inovação mais promissora deste protótipo está na engenharia de interface. Entre a camada orgânica e o eletrodo metálico, foi depositado um filme protetor de PVC modificado com grafeno, com espessura de ~50 nm. A inclusão do grafeno faz com que esta camada protetora permita a condução elétrica através do PVC, que é um material isolante. Desta forma, obteve-se uma camada protetora com a estabilidade do PVC, sendo simultaneamente condutora pela inclusão do grafeno.

Fabiele Collovini Tavares, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) e UFRJ [Campus UFRJDuque de Caxias Professor Geraldo Cidade, Rodovia Washington Luiz, n. 19593, km 104,5, Duque de Caxias Rio de Janeiro, Brasil, CEP: 25.240-005]

Guillermo Nogueira Soares, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) e UFRJ [Campus UFRJ-Duque de Caxias Professor Geraldo Cidade, Rodovia Washington Luiz, n. 19593, km 104,5, Duque de Caxias Rio de Janeiro, Brasil, CEP: 25.240-005]

Jully Regina da Motta, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro)e UFRJ [Campus UFRJDuque de Caxias Professor Geraldo Cidade, Rodovia Washington Luiz, n. 19593, km 104,5, Duque de Caxias Rio de Janeiro, Brasil, CEP: 25.240-005]

Iris Gonçalves da Silva Moreira, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) Rogério Valaski, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro)

Joyce Araujo, Chefe do Laboratório de Fenômenos de Superfície e Filmes Finos (Lafes); Diretoria de Metrologia Científica e Tecnológica (Dimci); Divisão de Metrologia de Materiais (Dimat)

INMETRO

Roberto Jakomin, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) e UFRJ [Campus UFRJ-Duque de Caxias Professor Geraldo Cidade, Rodovia Washington Luiz, n. 19593, km 104,5, Duque de Caxias Rio de Janeiro, Brasil, CEP: 25.240-005]

REVOLUCIONANDO A SUSTENTABILIDADE: GRAFENO COMO CHAVE PARA UMA INDÚSTRIA QUÍMICA VERDE

por Marcelo Alexandre Tirelli

Introdução

Ografeno, desde a sua descoberta em 2004, emergiu como um dos materiais mais promissores e revolucionários no campo da ciência dos materiais e engenharia. Constituído por uma única camada de átomos de carbono arranjados em uma estrutura hexagonal bidimensional, como ilustrado na Figura 1, o grafeno exibe uma combinação extraordinária de propriedades físicas e químicas. Sua alta condutividade elétrica e térmica, resistência mecânica superior, e elevada área superficial o tornam um material ideal para inúmeras aplicações (GEIM e NOVOSELOV, 2007; NOVOSELOV et al., 2012).

Na indústria química, o grafeno tem sido um foco de intensa pesquisa e desenvolvimento, devido à sua capacidade de melhorar significativamente a eficiência de diversos processos industriais. A incorporação de grafeno em catalisadores, por exemplo, demonstrou potencial para aumentar a eficiência de reações químicas, minimizando assim a energia necessária e

reduzindo a emissão de gases de efeito estufa (LEE et al., 2018). Esta otimização de processos é crucial na busca por métodos de produção mais sustentáveis e na redução da pegada de carbono da indústria química.

Além disso, a versatilidade do grafeno permite a sua aplicação em diversos contextos dentro do setor químico, desde a purificação de água até a fabricação de embalagens e materiais mais sustentáveis. A capacidade do grafeno de funcionar como um excelente condutor térmico e elétrico, combinada com a sua resistência química e estabilidade mecânica, abre novas portas para processos industriais mais eficientes e ambientalmente responsáveis.

A Figura 2 apresenta uma imagem que captura o equilíbrio entre progresso industrial e sustentabilidade ambiental, simbolizado pela presença de uma estrutura molecular de grafeno com átomos verdes. O grafeno, representado em destaque no centro, é um material inovador na vanguarda da tecnologia, promovendo

Figura 1. Estrutura bidimensional em favo de mel dos átomos de carbono no grafeno (a), acompanhada de uma imagem de microscopia eletrônica de transmissão (MET) de alta resolução (b). (Adaptado de: SUR, 2012).

processos industriais mais limpos e eficientes. O cenário industrial ao fundo contrasta com o céu azul e a vegetação verde, refletindo o compromisso da indústria química com a redução da pegada de carbono e a busca por um futuro mais verde.

Portanto, o grafeno não é apenas um material revolucionário em termos de suas propriedades únicas, mas também um vetor chave para a inovação e sustentabilidade na indústria química. A compreensão e aplicação do grafeno em processos industriais se alinha com os objetivos globais de redução da pegada de carbono e transição para práticas mais verdes, sendo um tema de grande relevância e atualidade (SMITH et al., 2019).

O Uso do Grafeno na Otimização de Processos Industriais Químicos

A eficiência energética e a redução da pegada de carbono são objetivos cruciais na indústria química moderna. O grafeno, com suas propriedades excepcionais, desempenha um papel fundamental na otimização desses processos. Sua alta condutividade térmica e elétrica, combinada com a resistência química, torna-o um material ideal para melhorar a eficiência e sustentabilidade

de diversos processos industriais químicos.

Um dos exemplos mais notáveis é o uso do grafeno em catalisadores. Catalisadores à base de grafeno têm demonstrado um aumento significativo na eficiência das reações químicas, permitindo que estas ocorram a temperaturas mais baixas e com menor consumo de energia (LEE, et al., 2018). Por exemplo, em processos de hidrogenação, catalisadores de grafeno têm mostrado maior atividade e seletividade, reduzindo a necessidade de energia e a formação de subprodutos indesejados.

Além disso, o grafeno tem sido utilizado no aprimoramento de membranas para separação e purificação de substâncias. Estas membranas, quando incorporadas com grafeno, mostram maior eficiência na filtragem, além de requererem menos energia para operar. Isto é particularmente importante em processos como a osmose reversa e a separação de gases, onde a eficiência energética é um fator crítico (BARCELOS et al, 2021).

Outra aplicação do grafeno na indústria química está na eletrólise da água. O grafeno tem sido usado para desenvolver eletrodos mais eficientes, que facilitam a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio com menor energia de ativação. Este avanço é especialmente relevante para a produção de hidrogênio

Figura 2. Síntese de Sustentabilidade – o equilibrio entre o progresso industrial e a sustentabilidade representada pelo grafeno.

verde, um combustível alternativo que desempenha um papel vital na redução das emissões de carbono (BNDS, 2021).

O impacto do grafeno na otimização de processos químicos se estende também à síntese de materiais. Por exemplo, na produção de polímeros, a adição de nanopartículas de grafeno pode resultar em polímeros com melhores propriedades mecânicas e térmicas, além de reduzir a quantidade de energia necessária durante a síntese e processamento desses materiais (GEIM e NOVOSELOV, 2007).

Em resumo, o grafeno está emergindo como um facilitador chave para a otimização de processos industriais químicos. Seu uso pode levar a operações mais eficientes, com menor consumo de energia e redução significativa das emissões de carbono, alinhando a indústria química com as metas de sustentabilidade global.

Grafeno e a Produção de Energia Limpa:

O Caso do Hidrogênio de Baixo Carbono

O hidrogênio de baixo carbono tem atraído atenção mundial como uma solução promissora para atingir a neutralidade de

carbono, especialmente na indústria de energia. Neste contexto, o grafeno surge como um material inovador para melhorar a produção, armazenamento e utilização do hidrogênio. As pesquisas recentes têm se concentrado em explorar como o grafeno pode ser aplicado em células de combustível de hidrogênio e na eletrólise da água, visando aumentar a eficiência e a viabilidade econômica dessas tecnologias.

No processo de eletrólise da água, onde o hidrogênio é produzido pela decomposição da água em oxigênio e hidrogênio, o grafeno tem demonstrado ser particularmente eficaz. Graças à sua alta condutividade elétrica e grande área superficial, eletrodos modificados com grafeno mostram melhor desempenho, aumentando a eficiência da eletrólise e reduzindo o consumo de energia (WANG, et al,2022). Esta melhoria é crucial para tornar a produção de hidrogênio verde, ou seja, hidrogênio produzido de forma sustentável, mais acessível e econômica.

Além disso, o grafeno tem um papel significativo nas células de combustível de hidrogênio, que geram eletricidade através da reação do hidrogênio com o oxigênio. As células de combustível tradicionais enfrentam desafios, como a degradação dos materiais dos eletrodos e a necessidade de catalisadores caros como

Figura 3. Diversidade de Aplicações do Grafeno na Indústria Química, mostrando sua multifuncionalidade

o platino. O grafeno, ao ser incorporado nesses sistemas, pode aumentar a durabilidade e diminuir a dependência de metais preciosos. Por exemplo, compósitos de grafeno e metais menos nobres demonstraram ser eficazes e econômicos para a reação de redução de oxigênio, um dos passos críticos nas células de combustível (ANGEL, G. M. et al., 2020).

As pesquisas recentes também indicam o potencial do grafeno na armazenagem de hidrogênio. A estrutura única do grafeno permite que ele armazene hidrogênio em alta densidade e a baixa pressão, o que pode superar uma das maiores barreiras para a utilização do hidrogênio como fonte de energia - o armazenamento eficiente e seguro (JAIN e KANDASUBRAMANIAN, 2020).

A Figura 4 retrata o processo de produção de hidrogênio verde através de eletrodos de grafeno, com um fundo verde que simboliza a sustentabilidade da tecnologia.

Em suma, o grafeno não só oferece novas possibilidades para a produção eficiente de hidrogênio de baixo carbono, mas também contribui significativamente para o avanço das tecnologias de células de combustível de hidrogênio. Estas inovações são fundamentais para a transição energética global em direção a fontes mais limpas e sustentáveis.

Aplicações do Grafeno em Embalagens Ecológicas

A busca por alternativas sustentáveis na indústria de embalagens tem se intensificado nos últimos anos, com um foco crescente na redução da pegada de carbono e no aumento da eficiência dos materiais utilizados. Neste cenário, o grafeno emerge como um componente inovador no design de embalagens ecológicas, trazendo benefícios tanto em termos de desempenho quanto de sustentabilidade.

O grafeno, devido às suas propriedades únicas, como alta resistência mecânica, barreira química superior e condutividade térmica, oferece melhorias significativas na qualidade das embalagens. Por exemplo, quando incorporado em materiais plásticos ou bioplásticos, o grafeno pode aumentar a resistência e a durabilidade desses materiais, reduzindo a necessidade de substituições frequentes e, consequentemente, a geração de resíduos (ROSSA, et al, 2022).

Além disso, a presença do grafeno em embalagens pode melhorar a preservação de alimentos, graças à sua capacidade de criar uma barreira eficaz contra a umidade e gases como o oxigênio. Isso não só prolonga a vida útil dos produtos, reduzindo o desperdício de alimentos, mas também diminui a necessidade de conservantes, alinhando-se com uma abordagem mais natural e saudável (Kim et al., 2019).

Outra propriedade relevante do grafeno em embalagens é a sua condutividade térmica. Isso permite o desenvolvimento de embalagens com melhor isolamento térmico, mantendo a temperatura dos alimentos por mais tempo e reduzindo a dependência de refrigeração durante o transporte e armazenamento, o que pode contribuir para a diminuição da pegada de carbono associada à cadeia de frio.

O grafeno também tem sido explorado no desenvolvimento de embalagens inteligentes. Estas embalagens, equipadas com sensores à base de grafeno, podem monitorar a qualidade e a frescura dos alimentos, fornecendo informações em tempo real aos consumidores e aos varejistas. Esta tecnologia tem o potencial de reduzir significativamente o desperdício de alimentos, contribuindo para práticas de consumo mais sustentáveis (ROSSA, et al, 2022).

Para ilustrar as multifacetadas aplicações do grafeno em embalagens sustentáveis e seu impacto revolucionário na indústria, confira a Figura 5. Aqui, visualizamos como este material avançado está moldando um futuro mais verde e eficiente em termos de recursos, destacando seu papel essencial em prolongar a vida útil dos produtos e em impulsionar a eficiência ambiental.

Em resumo, as aplicações do grafeno em embalagens ecológicas são amplas e promissoras, oferecendo melhorias em resistência, preservação de alimentos, isolamento térmico e funcionalidades inteligentes. Estas inovações não só aumentam a eficiência das embalagens, mas também contribuem para a redução da pegada de carbono, alinhando-se com os objetivos de sustentabilidade na indústria de embalagens.

Exemplos Práticos na Indústria Química

A indústria química, em seu caminho para uma operação mais sustentável, tem adotado inovações baseadas em grafeno para reduzir sua pegada de carbono. Diversos estudos de caso demonstram como a integração do grafeno em processos e produtos tem resultado em avanços significativos, tanto em eficiência quanto em sustentabilidade.

Figura 4. Avanço Sustentável: Eletrodos de Grafeno em Ação na Produção de Hidrogênio Verde, Alimentando um Futuro de Energia Renovável.

1. Grafeno em Catalisadores para a Produção de Biocombustíveis

O grafeno tem se destacado como um componente revolucionário na melhoria de catalisadores usados na produção de biocombustíveis. Sua estrutura única, que inclui uma grande área superficial e excelente condutividade elétrica, proporciona um ambiente propício para reações químicas, permitindo uma conversão mais eficiente de biomassa em combustíveis líquidos. O desenvolvimento desses catalisadores de grafeno tem impulsionado o avanço tecnológico no setor, aumentando a eficiência do processo de produção de biocombustíveis e simultaneamente contribuindo para a redução significativa das emissões de gases de efeito estufa, alinhando-se com as estratégias globais de sustentabilidade energética. Estudos indicam uma atividade catalítica aprimorada nesses sistemas, destacando o potencial do grafeno para uma série de aplicações em energia renovável. (ZHU; WANG, FAN, 2015).

2. Grafeno em Membranas de Filtração para Tratamento de Água

As membranas de filtração baseadas em grafeno têm demonstrado alta eficiência na remoção de impurezas e menor consumo de energia, permitindo um tratamento de água mais eficiente e com menor impacto ambiental. Além disso, a durabilidade dessas membranas reduz a necessidade de substituições frequentes, diminuindo os resíduos gerados.

Estudos recentes têm explorado a aplicação de membranas de óxido de grafeno para o tratamento de água, destacando a grande área de superfície do grafeno, sua natureza porosa, leveza e alta estabilidade química e térmica. Essas características tornam o grafeno promissor para aplicações eficientes de tratamento de água.

Além disso, a condutividade elétrica notável do grafeno permite a integração de sensores e eletrônicos nas embalagens, possibilitando o monitoramento em tempo real de temperatura, umidade e frescor. Isso pode levar a avanços significativos na

Figura 5. Reinventando a sustentabilidade: O grafeno impulsiona o futuro das embalagens com maior durabilidade, eficiência e consciência ecológica.

detecção e remoção de contaminantes da água, contribuindo para a segurança e a saúde da água potável (ZHANG, et al, 2013; JIANG et al, 2015; KIM, et al, 2013; NAIR, et al, 2012).

3. Grafeno em Embalagens Sustentáveis

A indústria de embalagens, em resposta aos crescentes desafios ambientais e à demanda por sustentabilidade, está explorando o potencial transformador do grafeno para inaugurar uma era de embalagens com consciência ecológica. O grafeno, com sua robustez excepcional e propriedades isolantes, tem sido integrado às embalagens para fortalecer sua durabilidade e eficiência em proteção térmica, ao mesmo tempo que se alinha com a crescente tendência de biodegradabilidade.

Essa inovação material transcende as melhorias incrementais, apresentando uma mudança paradigmática em como as embalagens são concebidas, com um foco deliberado na minimização do impacto ambiental. O uso de grafeno nestas aplicações apresenta um duplo benefício: ao aumentar a vida útil do produto, ele reduz a frequência de substituição e, portanto, a quantidade de resíduos gerados; simultaneamente, a incorporação de materiais biodegradáveis representa um passo adiante no fechamento do ciclo de vida dos produtos com uma menor pegada de carbono.

A adoção dessas embalagens inovadoras tem efeitos ressonantes, culminando em uma diminuição notável das emissões de dióxido de carbono associadas ao setor. Cada estágio do ciclo de vida do produto, desde a manufatura até a disposição, é otimizado para reduzir as emissões, reforçando a transição para práticas de negócios circulares e sustentáveis. Este desenvolvimento não é apenas um testemunho do compromisso da indústria com a responsabilidade ambiental, mas também um indicativo da capacidade de inovação sustentável em responder eficazmente às exigências de um mercado cada vez mais consciente do clima (WHITTAKER, D., 2023).

4. Grafeno em Eletrodos para Produção de Hidrogênio Verde

A produção de hidrogênio verde representa um avanço significativo em direção a uma matriz energética limpa e sustentável. Neste contexto, a integração do grafeno em eletrodos para a eletrólise da água, que é o processo de produção de hidrogênio, tem sido uma evolução notável. O grafeno, com sua condutividade elétrica excepcional e grande área superficial, proporciona um aumento substancial na eficiência do processo de eletrólise, facilitando a divisão das moléculas de água em oxigênio e hidrogênio com menor energia de ativação.

Ao utilizar eletrodos de grafeno, a produção de hidrogênio não apenas se torna mais eficiente, mas também mais econômica. Isso se deve ao fato de que os eletrodos de grafeno podem operar a tensões mais baixas, reduzindo o consumo geral de energia. Além disso, o grafeno é resistente à corrosão e possui uma estabilidade química que aumenta a vida útil dos eletrodos, tornando o processo mais sustentável e reduzindo a necessidade de manutenção frequente.

O impacto ambiental da adoção de eletrodos de grafeno na produção de hidrogênio verde é profundo. Ao diminuir a energia necessária para a eletrólise, há uma redução correspondente nas emissões de carbono, especialmente quando a eletricidade utilizada é proveniente de fontes renováveis. Essa combinação de tecnologia de eletrodos avançada e energia limpa alimenta a visão de um ciclo de energia sustentável e fechado, onde o hidrogênio verde serve não apenas como uma fonte de energia, mas também como um vetor para armazenamento e transporte de energia.

A adoção generalizada de eletrodos de grafeno para produção de hidrogênio poderia catalisar uma mudança em direção a uma economia de hidrogênio, onde os combustíveis fósseis são substituídos por alternativas mais limpas, promovendo uma transição energética global e contribuindo significativamente para os esforços de descarbonização. A pesquisa e o desenvolvimento contínuos nesta área são essenciais para superar os desafios técnicos e econômicos restantes, pavimentando o caminho para um futuro energético sustentável e de baixo carbono (NATH et al., 2023).

Conclusões

Este artigo explorou o papel vital do grafeno na indústria química, enfatizando sua contribuição revolucionária para práticas mais sustentáveis. As propriedades extraordinárias do grafeno, como alta condutividade térmica e elétrica, resistência mecânica excepcional e elevada área superficial, destacam-no como um catalisador de mudanças significativas em diversas aplicações industriais.

Através da otimização de processos industriais químicos com o grafeno, observamos uma redução significativa no consumo de energia e emissões de carbono, demonstrando sua eficácia em tornar os processos mais ecoeficientes. As aplicações em catalisadores, membranas de filtração e na síntese de materiais ilustram a versatilidade do grafeno em promover a ecoeficiência.

No âmbito da produção de energia limpa, o grafeno emerge como um elemento fundamental na produção de hidrogênio verde, reforçando sua posição como um material chave na transição para fontes energéticas sustentáveis. Além disso, seu papel no desenvolvimento de embalagens ecológicas realça sua importância na criação de soluções sustentáveis.

Os estudos de caso demonstram a aplicação prática do grafeno, ressaltando sua integração em vários segmentos industriais e sua influência na redução da pegada de carbono. Esses exemplos sublinham como o grafeno está sendo utilizado para promover práticas industriais mais verdes.

Em conclusão, o grafeno transcende sua função como um material inovador, posicionando-se como um elemento chave na revolução da sustentabilidade na indústria química. Sua pesquisa e aplicação contínua são essenciais para enfrentar os desafios ambientais, redefinindo o paradigma da sustentabilidade na indústria química e além, e solidificando seu papel como um pilar na construção de um futuro mais verde e sustentável.

Referências

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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.

NANOCOMPOSTOS MAGNÉTICOS EM REMEDIAÇÃO AMBIENTAL

por Eduardo da Fosenca Koester e Cristiano Rodrigo Bohn Rhoden

Apresença de poluentes emergentes, que englobam produtos farmacêuticos, hormônios naturais e sintéticos, pesticidas, substâncias tensoativas, polímeros de baixa massa molecular, produtos de uso veterinário, solventes e diversos outros contaminantes orgânicos, é uma realidade nas águas residuais e ecossistemas aquáticos [1]. Esta ampla diversidade de contaminantes de preocupação emergente representa um risco significativo para a saúde humana e animal [2,3] (Figura 1). No entanto, devido ao grande número de substâncias incluídas nessa categoria, apenas um reduzido número delas foi submetido a estudos toxicológicos, resultando em um desconhecimento generalizado sobre seus efeitos em organismos aquáticos [4,5].

Pesquisas indicam que a presença desses contaminantes, especialmente produtos farmacêuticos, pode impactar diretamente o ciclo de vida de organismos aquáticos [5]. Dado que muitos dos

fármacos catalogados como poluentes emergentes são originalmente projetados para tratar doenças em seres humanos, seus efeitos sobre diferentes organismos aquáticos podem ser imprevisíveis e potencialmente prejudiciais [6]. Portanto, é crucial aprofundar nossa compreensão dos impactos desses poluentes emergentes nos ecossistemas aquáticos, a fim de mitigar adequadamente os riscos para a biodiversidade e a saúde pública [7].

A presença de contaminantes emergentes em fontes de água é, em grande parte, atribuída às deficiências nos métodos tradicionais de purificação de água [8]. No caso dos fármacos, muitos deles não são completamente metabolizados pelo organismo e, consequentemente, são excretados em sua forma inalterada [9]. Devido às suas propriedades físico-químicas peculiares, essas substâncias frequentemente resistem à remoção durante os processos de tratamento de água convencionais [10]. Isto posto, é

imperativo desenvolver abordagens mais eficazes para solucionar esse desafio, uma vez que a presença desses contaminantes pode ter impactos negativos na qualidade da água potável e no meio ambiente, exigindo uma atenção especial para garantir a saúde pública e a sustentabilidade ambiental [11].

O processo de adsorção, se revelou uma alternativa promissora para a remoção total ou parcial de poluentes emergentes em concentrações baixas, oferece vantagens notáveis [12]. Este método apresenta um baixo consumo de energia, é de operação simples e não gera subprodutos indesejados [13]. Além disso, uma ampla gama de nanoadsorventes tem sido empregada na eliminação de poluentes emergentes, incluindo nanomateriais de carbono, nanopartículas magnéticas e compostos poliméricos e siliciosos [13]. A escolha de usar esses nanoadsorventes é justificada pelo fato de que essas substâncias exibem propriedades excepcionais, tornando-os candidatos ideais para a adsorção eficaz de poluentes emergentes [14]. A eficiência desses materiais promissores está impulsionando avanços significativos no tratamento de água e na gestão da qualidade da água [15].

O óxido de grafeno (GO) é um material bidimensional obtido por meio da oxidação e da exfoliação química do grafite, um processo que converte alguns dos átomos de carbono originalmente com hibridização sp2 para hibridização sp por meio da introdução de grupos funcionais oxigenados [16]. Embora o GO demonstre uma notável capacidade de adsorção, os adsorventes convencionais enfrentam desafios, como a dificuldade de separação do meio aquoso e, consequentemente, de regeneração e reutilização (Figura 2). Assim, a síntese de nanocompósitos magnéticos

pode ampliar a área superficial e a estabilidade físico-química dos nanoadsorventes, resultando em níveis superiores de capacidade de adsorção e eficiência na remoção [17]. O pesquisador Cristiano Bohn Rhoden desenvolveu um método simplificado para a produção de nanocompósitos magnéticos de GO, permitindo o controle preciso da quantidade de magnetita incorporada na superfície do óxido de grafeno [18]. Como resultado, esses nanocompósitos demonstraram elevada magnetização de saturação, excelente estabilidade e um desempenho notável na adsorção de diversos poluentes emergentes. A incorporação de magnetita, sobretudo no óxido de grafeno, revela-se altamente eficaz em seu emprego para a adsorção, aprimorando atributos que otimizam a economia deste processo [12,13,16].

Em conclusão, a presença de poluentes emergentes em nossas fontes de água e ecossistemas aquáticos é uma questão de preocupação crescente, pois engloba uma ampla variedade de substâncias, incluindo produtos farmacêuticos, hormônios, pesticidas e compostos orgânicos diversos. A falta de estudos toxicológicos abrangentes para muitos desses poluentes gera um desconhecimento significativo sobre seus impactos em organismos aquáticos e, por extensão, na saúde humana e animal.

Essa problemática é amplificada pela resistência desses contaminantes aos métodos tradicionais de purificação da água, resultando na necessidade premente de abordagens mais eficazes para sua remoção. A adsorção, particularmente com o uso de nanoadsorventes, surge como uma promissora solução devido ao seu baixo consumo de energia, operacionalidade simplificada e eficiência comprovada na remoção de poluentes emergentes.

Figura 1. Contaminantes de Preocupação Emergente

O óxido de grafeno, quando combinado com nanocompósitos magnéticos, demonstra um desempenho notável na adsorção desses poluentes, proporcionando avanços significativos no tratamento de água e na gestão da qualidade da água. A adição de magnetita a esse processo aprimora ainda mais sua eficácia e eficiência, tornando-o uma opção atraente para tratar com a crescente presença de poluentes emergentes em nossas fontes de água, contribuindo para a preservação da saúde pública e a sustentabilidade ambiental.

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Eduardo da Fosenca Koester é formado em Técnico em Informática pelo Instituto Federal Farroupilha (IFFar). Atualmente é acadêmico do curso de Engenharia Química da Universidade Franciscana (UFN) e bolsista pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) no Laboratório de Materiais Magnéticos Nanoestruturados (LaMMaN) (eduardo.koester@ufn.edu.br)

Cristiano Rodrigo Bohn Rhoden é graduado em Bacharel em Química Industrial pela Universidade Federal de Santa Maria com mestrado em Química pela mesma instituição doutorado pela Universidade Franciscana. Atualmente, é professor adjunto na Universidade Franciscana e coordenador do Laboratório de Materiais Magnéticos Nanoestruturados - LaMMaN. Sua linha de pesquisa concentra-se em síntese orgânica, remoção de contaminantes em águas residuárias, materiais magnéticos nanoestruturados e moléculas bioativas. (cristianorbr@gmail.com)

Figura 2. Adsorção empregando nanoadosorventes magnéticos

FÓRUM GRAFENO 2024

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