terça-feira, 2 de fevereiro de 2021

Painéis solares com a beleza das asas de borboletas

 

Painéis solares com a beleza das asas de borboletas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/02/2021

Painéis solares coloridos
A cor estrutural retém apenas 7% da luz solar, reduzindo ao mínimo a perda de eficiência do painel.
[Imagem: Fraunhofer ISE]

Cor estrutural

Os painéis fotovoltaicos têm avançado sobre os telhados do mundo todo, e agora há um ímpeto cada vez maior para que eles ocupam também as paredes.

Quem não está gostando muito da ideia são os arquitetos e decoradores, que nem sempre acham combinações adequadas para o azul profundo dos painéis disponíveis no comércio.

Mas logo eles poderão adquirir painéis com uma paleta muito mais rica, graças ao trabalho de pesquisadores do Instituto de Sistemas para Energia Solar, na Alemanha.

Como usar pigmentos diminui a eficiência dos painéis solares - uma parte do espectro solar precisa ser refletida para produzir a cor, nunca chegando às células solares - Thomas Kroyer e seus colegas foram buscar uma solução no fenômeno que causa os tons cintilantes das asas da borboleta e outros insetos, a chamada cor estrutural, ou cor física.

Painéis solares coloridos

"A ideia por trás desse desenvolvimento não foi colorir o vidro protetor dos módulos com pigmentos, mas simular o efeito físico das asas de uma borboleta," disse Kroyer.

Nos insetos, a impressão de cor é criada por um efeito óptico produzido quando a luz incide sobre minúsculas estruturas, que interagem de forma característica com a luz de determinados comprimentos de onda.

A equipe então criou texturas na parte de baixo do vidro protetor dos painéis solares, criando protótipos com cores vibrantes, como verde ou vermelho, ou mesmo um azul brilhante, para quem só quer uma variação pequena em relação aos modelos tradicionais.

A perda de eficiência do painel solar é mínima devido à reflexão. "Cerca de 93% da luz pode penetrar nesta camada, com apenas cerca de 7% sendo refletida para causar o efeito de cor," disse Kroyer.

A equipe está procurando empresas interessadas em licenciar a tecnologia e colocá-la no mercado.

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Descoberto método mais barato para criar combustíveis a partir de plantas

 

Descoberto método mais barato para criar combustíveis a partir de plantas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/01/2021

Descoberto método mais barato para criar combustíveis a partir de plantas
O segredo está em um material à base de níquel e cobre.
[Imagem: 10.1038/s41598-020-79761-6]

Biocombustíveis mais baratos

Cientistas afirmam ter descoberto uma maneira mais barata e mais eficiente e produzir biocombustíveis a partir de plantas.

"O processo de conversão do açúcar em álcool tem que ser muito eficiente se você quer que o produto final seja competitivo com os combustíveis fósseis. O processo de como fazer isso está bem estabelecido, mas o custo o torna pouco competitivo, mesmo com significativos subsídios do governo. Este novo desenvolvimento pode ajudar a reduzir os custos," disse o professor Venkat Gopalan, da Universidade Estadual de Ohio, nos EUA.

A descoberta consiste em um método mais simples e mais barato para criar as chamadas "moléculas auxiliares", que permitem que o carbono nas células seja transformado em energia.

Essas moléculas ajudantes - que os químicos chamam de cofatores - são o dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NADH) e seu derivado NADPH (fosfato de dinucleotídeo de adenina e nicotinamida). Esses cofatores, em suas formas reduzidas (perda de oxigênio, ou o inverso da oxidação), são parte fundamental na transformação do açúcar das plantas em butanol ou etanol para combustíveis.

O problema é que tanto o NADH quanto o NADPH são caros quando produzidos em escala industrial.

Níquel e cobre

Para baratear o processo, a equipe criou um eletrodo com camadas superpostas de níquel e cobre, que são elementos muito mais baratos do que os materiais comumente usados. Esse eletrodo permitiu recriar NADH e NADPH a partir de suas formas oxidadas.

A equipe conseguiu usar o NADPH como cofator na produção de um álcool a partir de outra molécula, um teste que fizeram intencionalmente para mostrar que o eletrodo que construíram pode ajudar a converter biomassa - células vegetais - em biocombustíveis.

E, como o NADH e o NADPH estão no centro de muitos processos de conversão de energia dentro das células, essa descoberta pode ajudar em outras aplicações. Por exemplo, ambos os cofatores desempenham um papel importante na desaceleração do metabolismo das células cancerosas e têm sido alvo de tratamento para alguns tipos de câncer.

Mas a equipe acredita que a aplicação mais imediata de sua descoberta será no campo dos biocombustíveis.

Bibliografia:

Artigo: Copper oxide-based cathode for direct NADPH regeneration
Autores: J. T. Kadowaki, T. H. Jones, A. Sengupta, V. Gopalan, V. V. Subramaniam
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: 11, Article number: 180
DOI: 10.1038/s41598-020-79761-6

O testemunho das árvores: Vulcões influenciaram temperatura nos últimos 2000 anos

 

O testemunho das árvores: Vulcões influenciaram temperatura nos últimos 2000 anos

Com informações da Universidade de Cambridge - 16/10/2020

O testemunho das árvores: Vulcões influenciaram temperatura nos últimos 2000 anos
Esta é a primeira vez que os climatologistas usaram dados de árvores distribuídas de forma homogênea por todo o período estudado.
[Imagem: Clive Oppenheimer]

Árvores como termômetros

Pesquisadores demonstraram que, nos últimos 2.000 anos, os vulcões desempenharam um papel maior na variabilidade natural da temperatura do que se pensava anteriormente, e seus efeitos climáticos podem ter contribuído para mudanças sociais e econômicas registradas historicamente.

Ulf Büntgen e seus colegas - a equipe é formada por cientistas de nove países - usaram amostras de mais de 9.000 árvores vivas e mortas para obter um registro anual preciso das temperaturas do verão na América do Norte e na Eurásia, desde o ano 1 da nossa era.

Os dados revelaram períodos mais frios e mais quentes, que foram então comparados com os registros de erupções vulcânicas muito grandes, bem como com eventos históricos importantes.

A equipe destaca a precisão inédita do seu conjunto de dados, que usou o mesmo número de árvores ao longo de todos os 2.000 anos. Reconstruções anteriores do clima ao longo desse período tão prolongado feitas anteriormente foram influenciadas pela super-representação de árvores de épocas mais recentes.

Vulcões, aquecimento e resfriamento globais

Os resultados mostram que o efeito dos vulcões nas mudanças da temperatura global é ainda maior do que se reconhecia.

Comparando os dados dos anéis das árvores com evidências coletadas em amostras de gelo, os pesquisadores foram capazes de identificar o efeito das erupções vulcânicas nas temperaturas de verão.

Grandes erupções vulcânicas podem reduzir as temperaturas médias globais por frações de grau Celsius, com efeitos mais fortes em partes da América do Norte e da Eurásia. O principal fator é a quantidade de enxofre emitida durante a erupção, que atinge a estratosfera, onde forma partículas minúsculas que reduzem a intensidade da luz do Sol que chega à superfície. Isso pode resultar em estações de cultivo mais curtas e temperaturas mais baixas, o que, por sua vez, leva a menores colheitas. Por outro lado, em períodos em que ocorreram menos erupções grandes, a Terra é capaz de absorver mais calor do Sol e as temperaturas sobem.

"Alguns modelos climáticos presumem que o efeito dos vulcões é pontual e curto," disse Ulf Büntgen, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. "No entanto, se você olhar para o efeito cumulativo ao longo de um século inteiro, esse efeito pode ser muito mais longo. Em parte, podemos explicar as condições quentes durante os séculos 3, 10 e 11 por meio de uma comparativa ausência de erupções."

O testemunho das árvores: Vulcões influenciaram temperatura nos últimos 2000 anos
Os vulcões explicam virtualmente todas as oscilações de temperatura registradas historicamente.
[Imagem: Ulf Büntgen et al. - 10.1016/j.dendro.2020.125757]

Mudança climática e economia

Em comparação com as reconstruções de temperatura em grande escala existentes dos últimos 1.200-2.000 anos, o estudo revela uma maior variabilidade da temperatura pré-industrial no verão, incluindo fortes evidências da Pequena Idade do Gelo na Antiguidade Tardia (LALIA), nos séculos 6 e 7.

Em seguida, trabalhando com historiadores, os cientistas descobriram que o calor relativamente constante durante os períodos romano e medieval, quando grandes erupções vulcânicas eram menos frequentes, frequentemente coincidia com a prosperidade social e estabilidade política na Europa e na China. Por outro lado, os períodos caracterizados por vulcanismo mais forte frequentemente coincidiram com épocas de conflito e declínio econômico.

"Interpretar a história é sempre um desafio," disse o professor Clive Oppenheimer, o vulcanologista líder do estudo. "Tantos fatores entram em jogo - política, economia, cultura. Mas uma grande erupção, que leva a quedas generalizadas na produção de grãos, pode prejudicar milhões de pessoas. A fome pode levar à penúria, doenças, conflitos e migração. Vemos muitas evidências disso no registro histórico."

"Sabíamos que grandes erupções poderiam ter esses efeitos, especialmente quando as sociedades já estavam estressadas, mas eu fiquei surpreso ao ver o efeito oposto tão claramente em nossos dados - que séculos com poucas erupções tiveram verões mais quentes do que a média de longo prazo," completou Oppenheimer.

O testemunho das árvores: Vulcões influenciaram temperatura nos últimos 2000 anos
Nexo vulcões-clima-sociedade.
[Imagem: Ulf Büntgen et al. - 10.1016/j.dendro.2020.125757]

Aquecimento antropogênico

As temperaturas do verão nas décadas de 280, 990 e 1020, quando a atividade vulcânica foi baixa, são comparáveis às condições modernas até 2010.

Contudo, a equipe afirma que seu trabalho não contesta a noção de que o aquecimento anômalo na atualidade, quando não têm sido registradas grandes erupções vulcânicas, seja causado pelo homem.

"Os humanos não têm efeito sobre a erupção ou não de um vulcão, mas a tendência de aquecimento que estamos vendo agora está certamente relacionada à atividade humana," defende Büntgen. "Embora nada sobre o futuro seja certo, faríamos bem em aprender como a mudança climática afetou a civilização humana no passado."

Bibliografia:

Artigo: Prominent role of volcanism in Common Era climate variability and human history
Autores: Ulf Büntgen, Dominique Arseneault, Étienne Boucher, Olga V. Churakova, (Sidorova), Fabio Gennaretti, Alan Crivellaro, Malcolm K. Hughes, Alexander V. Kirdyanov, Lara Klippel, Paul J. Krusic, Hans W. Linderholm, Fredrik C. Ljungqvist, Josef Ludescher, Michael McCormick, Vladimir S. Myglan, Kurt Nicolussi, Alma Piermattei, Clive Oppenheimer, Frederick Reinig, Michael Sigl, Eugene A. Vaganov, Jan Esper
Revista: Dendrochronologia
Vol.: 125757
DOI: 10.1016/j.dendro.2020.125757

Captação de carbono dos oceanos está amplamente subestimada, dizem climatologistas

 

Captação de carbono dos oceanos está amplamente subestimada, dizem climatologistas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/09/2020

Captação de carbono dos oceanos está amplamente subestimada, dizem climatologistas
Outra descoberta recente na área foi que os oceanos não têm tanto plástico quanto se temia.
[Imagem: Giuseppe Suaria et al. - 10.1126/sciadv.aay8493]

Fluxo líquido de carbono

Os oceanos da Terra absorvem mais carbono do que a maioria dos modelos científicos considera, alerta uma equipe de climatologistas do Reino Unido e da Alemanha.

Estimativas anteriores do movimento de carbono (conhecido como "fluxo") entre a atmosfera e os oceanos não levaram em consideração as diferenças de temperatura na superfície da água e alguns metros abaixo, afirmam Andrew Watson e seus colegas.

Quando a equipe incluiu essas informações, eles encontraram um fluxo líquido de carbono nos oceanos significativamente maior.

Os cálculos mostraram que os fluxos líquidos de CO2 de 1992 a 2018 foram até o dobro do considerado pelos modelos do IPCC em determinados horários e locais.

"Metade do dióxido de carbono que emitimos não fica na atmosfera, ele é absorvido pelos 'sumidouros' nos oceanos e na vegetação terrestre," disse o professor Watson, da Universidade de Exeter.

Absorção de carbono pelos oceanos

"Estudos anteriores que fizeram isso ignoraram pequenas diferenças de temperatura entre a superfície do oceano e a profundidade de alguns metros onde as medições são feitas.

"Nós usamos dados de satélite para corrigir essas diferenças de temperatura e, quando fizemos isso, fez uma grande diferença - obtivemos um fluxo substancialmente maior indo para o oceano.

"A diferença na absorção do oceano que calculamos equivale a cerca de 10% das emissões globais de combustíveis fósseis," disse Watson.

O "Atlas de Carbono na Superfície Oceânica" criado pela equipe foi disponibilizado no endereço http://www.socat.info.

Bibliografia:

Artigo: Revised estimates of ocean-atmosphere CO2 flux are consistent with ocean carbon inventory
Autores: Andrew J. Watson, Ute Schuster, Jamie D. Shutler, Thomas Holding, Ian G. C. Ashton, Peter Landschützer, David K. Woolf, Lonneke Goddijn-Murphy
Revista: Nature Communications
Vol.: 11, Article number: 4422
DOI: 10.1038/s41467-020-18203-3

Mais de 1.000 anos de atividade solar são lidos em anéis de árvores

 

Mais de 1.000 anos de atividade solar são lidos em anéis de árvores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/01/2021

Anéis de árvores mostram mais de 1.000 anos de atividade solar
Atividade solar nos últimos 1000 anos (azul, com intervalo de erro em branco) e registros das manchas solares (curva vermelha) dos últimos 400 anos. O fundo mostra um ciclo solar típico de onze anos.
[Imagem: ETH Zurich]

Gráfico dos ciclos solares

Desde a invenção do telescópio, há cerca de quatro séculos, os astrônomos vêm acompanhando as manchas solares, tornando este um dos registros científicos mais duradouros.

As manchas solares são um excelente indicador do grau de atividade solar - quanto mais manchas solares são visíveis na superfície do Sol, mais ativa está nossa estrela.

E essas observações seculares também nos ensinaram que o número de manchas varia em ciclos regulares de 11 anos, e que existem períodos de longa duração de atividades solares fortes e fracas, que também se refletem no clima da Terra.

Agora, pesquisadores conseguiram estender esse registro por mais de 1000 anos, reconstruindo a atividade solar até o ano 969 usando medições de carbono radioativo nos anéis das árvores.

Eventos desconhecidos

Acrescentar mais de um milênio a esse registro histórico fornece uma ferramenta fundamental, por exemplo, para estimar a influência dos ciclos climáticos naturais e da influência do homem no clima da Terra. Mas também traz informações novas sobre as dinâmicas internas do próprio Sol.

Os resultados da medição já permitiram a confirmação de um evento que enviou um jato de prótons energéticos rumo à Terra no ano 993. Isso porque prótons altamente acelerados que atingem a Terra durante uma explosão solar causam uma ligeira superprodução de carbono 14 (C14), que fica registrado nas árvores.

Além disso, a equipe de pesquisa encontrou evidências de mais dois eventos ainda desconhecidos, um em 1052 e outro em 1279. Isso pode indicar que esses eventos - que, na atualidade, poderiam perturbar gravemente os circuitos eletrônicos na Terra e nos satélites - acontecem com mais frequência do que os cientistas acreditavam.

Anéis de árvores mostram mais de 1.000 anos de atividade solar
A equipe precisou criar um novo instrumento para medir a porcentagem de carbono 14 nos anéis das árvores com a precisão necessária.
[Imagem: ETH Zurich]

Carbono 14 nas árvores

Para reconstruir a atividade solar ao longo de um milênio com uma resolução de tempo extremamente boa, de apenas um ano, os pesquisadores usaram arquivos de anéis de árvores da Inglaterra e da Suíça, mas tiveram que desenvolver um equipamento especial - um espectrômetro de massa com acelerador - para rastrear os átomos que interessavam.

Nesses anéis de árvores, cujas idades os pesquisadores podem determinar com precisão contando os anéis, há uma minúscula fração do carbono radioativo C14, com apenas um em cada 1 trilhão de átomos sendo radioativo. A partir da meia-vida conhecida do isótopo C14 - cerca de 5.700 anos - pode-se então deduzir a concentração de carbono radioativo presente na atmosfera quando o anel de crescimento se formou.

Como o carbono radioativo é produzido principalmente por partículas cósmicas, que por sua vez são mantidas longe da Terra em maior ou menor extensão pelo campo magnético do Sol - quanto mais ativo o Sol, melhor ele protege a Terra - é possível deduzir a atividade solar a partir de uma mudança na concentração de C14 na atmosfera.

Esta técnica permitiu aos pesquisadores reconstruir a atividade solar de 969 a 1933. A partir dessa reconstrução, eles puderam confirmar a regularidade do ciclo solar de 11 anos, bem como o fato de que a amplitude desse ciclo (quanto a atividade solar sobe e desce) também é menor durante os mínimos solares de longa duração.

Como existem arquivos de anéis de árvores para os últimos 14.000 anos, a equipe pretende em um futuro próximo usar seu método para determinar as concentrações anuais de C14 até o final da última era do gelo.

Bibliografia:

Artigo: Eleven-year solar cycles over the last millennium revealed by radiocarbon in tree rings
Autores: Nicolas Brehm, Alex Bayliss, Marcus Christl, Hans-Arno Synal, Florian Adolphi, Jürg Beer, Bernd Kromer, Raimund Muscheler, Sami K. Solanki, Ilya Usoskin, Niels Bleicher, Silvia Bollhalder, Cathy Tyers, Lukas Wacker
Revista: Nature Geoscience
Vol.: 14, pages 10-15
DOI: 10.1038/s41561-020-00674-0