Relatório do IPCC: Veja os efeitos do aquecimento global para o Brasil

Com informações da Agência Fapesp - 11/08/2021

Impactos do aquecimento global no Brasil

Cientistas e climatologistas fizeram uma conferência virtual para debater quais são os impactos para o Brasil dos dados revelados nesta semana pelo novo relatório do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas Globais)

"A temperatura média global é distribuída geograficamente. Por isso, não é sentida da mesma forma em diferentes regiões do planeta," justificou Paulo Artaxo, da USP (Universidade de São Paulo).

Em um cenário de aquecimento de 2 ºC, a temperatura no Brasil pode aumentar entre 3 ºC e 3,5 ºC. Já se a média global aumentar em 4 ºC, a do país pode subir entre 5 ºC e 5,5 ºC, principalmente na porção central.

"Isso desencadearia impactos importantes, inclusive para a economia brasileira, baseada no agronegócio," afirmou o pesquisador, que é um dos autores do relatório.

Aquecimento e contra-aquecimento

Segundo o relatório do IPCC, em razão do aumento das emissões de gases de efeito estufa nos últimos 50 anos, a temperatura da superfície global se elevou a uma taxa sem precedentes e é muito provável que a década mais recente tenha sido a mais quente desde o pico do último período interglacial, há 125 mil anos.

A temperatura da superfície global foi 1,1 ºC mais alta entre 2011 e 2020 do que entre 1850 e 1900, com aquecimento mais forte sobre a terra do que sobre os oceanos.

A temperatura média nos continentes, contudo, já aumentou 1,6 ºC, uma vez que eles aquecem muito mais do que o planeta como um todo porque os oceanos absorvem gigantescas quantidades de calor. "Nos continentes, já ultrapassamos o limiar de aquecimento de 1,5 ºC," afirmou Artaxo.

De acordo com o relatório, é provável que as emissões de gases de efeito estufa - principalmente gás carbônico (CO2) e metano - tenham contribuído para esse aquecimento de 1,1 ºC da temperatura da superfície global. Em contrapartida, as partículas de aerossóis atmosféricos gerados pela poluição podem estar contribuindo com um resfriamento de 0,5 ºC da temperatura do planeta. "Os aerossóis estão mascarando cerca de um terço do aquecimento atual," afirmou Artaxo.

Se essas partículas, que refletem a radiação do Sol de volta para o espaço, ajudando a resfriar o planeta, forem retiradas da atmosfera por meio da interrupção da queima de carvão para geração de energia pelas usinas termelétricas e da eletrificação do setor de transporte, esse mascaramento deixará de existir, indicou o pesquisador.

"Só com isso a temperatura do planeta vai aquecer meio grau nas próximas décadas," disse Artaxo.

Padrões de chuva

Os cenários regionais indicam que acontecerão no Brasil alterações no padrão das chuvas, essenciais para a agricultura e para geração de energia hidrelétrica - a chuva nos continentes aumentou globalmente desde 1950.

"Todos os cenários indicam que principalmente a região central do Brasil e a parte leste da Amazônia se tornarão mais secas, com queda de 10% a 20% na precipitação. Isso acontecerá tanto em um cenário de aquecimento global de 2 ºC como de 4 ºC," disse Artaxo.

Outras regiões do país, como a Sul, podem registrar maior intensidade de chuvas.

"Na região mais ao sul do Brasil já tem se observado um aumento das precipitações e se projeta que elas se elevarão em diferentes cenários de emissões de gases de efeito estufa," afirmou Lincoln Alves, pesquisador do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e também coautor do relatório.

Cada meio grau adicional de aquecimento global também causará aumentos estatisticamente significativos nos extremos de temperatura, na intensidade de chuvas fortes e na gravidade de secas em algumas regiões, como no Nordeste do Brasil e no leste da Amazônia.

Em um cenário de aquecimento global de 2 ºC, as ondas de calor e secas devem ocorrer com maior frequência e simultaneamente, causando graves prejuízos à saúde, aos ecossistemas e à produção agrícola, estimam os cientistas.

"Não é só o clima médio que está mudando, mas também as características dos extremos climáticos, como ondas de calor, de frio, enchentes, secas e ciclones. O número desses eventos está aumentando e se projeta uma elevação significativa em sua ocorrência em todas as regiões do globo, incluindo o Brasil," afirmou Alves. "Teremos cada vez mais eventos climáticos extremos simultâneos que tendem a intensificar os impactos, como ondas de calor combinadas com secas que, em regiões propícias a queimadas, os efeitos são exacerbados."

 

Fibra óptica de núcleo líquido não quebra e avisa se alguém tentar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/08/2021

O núcleo da fibra óptica é preenchido com glicerina.
[Imagem: Empa]

Fibras ópticas de núcleo líquido

As fibras ópticas não ocuparam seu lugar nas comunicações globais por acaso, mas esses finíssimos fios condutores de luz também não são perfeitos.

Já existem fibras ópticas feitas de plástico, para distâncias curtas, mas o primeiro lugar no pódio das comunicações de longa distância ainda é ocupado pelas fibras feitas de um tipo de vidro muito puro, derivado dos cristais de quartzo (SiO2, ou sílica).

Sendo feitas de vidro, elas têm um limite de curvatura além do qual simplesmente se quebram, o que coloca restrições em sua instalação. Além disso, elas são muito sensíveis ao estresse de tração, com qualquer puxão criando microfissuras em seu interior que deterioram a velocidade de transmissão de dados.

Para superar essas deficiências, engenheiros suíços finalmente conseguiram viabilizar uma ideia antiga: Construir fibras ópticas de núcleo líquido - em vez de um vidro sólido, o meio de transmissão da luz é um líquido cuidadosamente encapsulado.

"As fibras bicomponente com núcleo sólido existem há mais de 50 anos. Mas fabricar um núcleo contínuo de líquido é consideravelmente mais complexo. Tudo tem que ser perfeito," disse Rudolf Hufenus, do Laboratório Federal Suíço de Ciência e Tecnologia de Materiais.

Embora ainda em estágio piloto, a equipe já está fabricando as fibras ópticas de núcleo líquido aos quilômetros.
[Imagem: Empa]

Índice de refração

Para que a luz seja conduzida por um núcleo líquido é crucial ajustar a diferença nos índices de refração entre o líquido e o material de revestimento transparente. O índice de refração do líquido deve ser significativamente maior do que o do material de revestimento - só assim a luz será refletida na interface e permanecerá presa dentro do núcleo líquido.

Ao mesmo tempo, todos os ingredientes devem ser termicamente estáveis. "Os dois componentes da fibra devem passar pela nossa fiandeira juntos, sob alta pressão, e a 200 a 300 ºC," explicou Hufenus. "Portanto, precisamos de um líquido com um índice de refração adequado para a funcionalidade e com a menor pressão de vapor possível para produzir a fibra."

A equipe encontrou a combinação perfeita usando glicerol para preencher o núcleo oco da fibra, previamente construído a partir de um fluoropolímero.

O resultado foi um sucesso: A fibra suportou até 10% de alongamento sem danos, e ainda retorna ao seu comprimento original quando a tensão é retirada - nenhuma fibra óptica de núcleo sólido chega nem próximo disso.

Sensor de esticamento

Na verdade, a fibra de núcleo líquido pode conter uma espécie de "sensor intrínseco", que mostra o quanto ela está sendo esticada. A equipe demonstrou isso adicionando um corante fluorescente ao glicerol.

Quando a fibra é esticada, o caminho da luz é alongado, mas o número de moléculas de corante na fibra permanece constante. Isso leva a uma pequena mudança na cor da luz emitida, que pode ser medida usando componentes eletrônicos adequados. Assim, a fibra preenchida com líquido pode indicar quando ocorreu uma mudança no seu comprimento ou quando uma carga de tração está sendo aplicada.

"Esperamos que nossas fibras de núcleo líquido possam ser usadas não apenas para transmissão de sinais e sensoriamento, mas também para transmissão de força em micromotores e microhidráulica," disse Hufenus.

 

Tecido endurece sob demanda para proteger as pessoas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/08/2021

Quando selado a vácuo, o material torna-se 25 vezes mais rígido, suportando uma carga mais de 50 vezes seu próprio peso.
[Imagem: NTU Singapore and Caltech]

Rigidez sob demanda

Este novo material é flexível como um tecido, mas pode endurecer sob demanda.

Antes do uso ele lembra um plástico bolha, com a diferença de que seus espaços vazios são octaedros (uma forma com oito faces triangulares iguais) que se entrelaçam, e os polímeros de nylon a partir dos quais ele foi feito são ligeiramente mais rígidos.

Mas, quando esse plástico macio e flexível é embrulhado em um envelope e selado a vácuo, ele se transforma em uma estrutura firme que é 25 vezes mais rígida - mais difícil de dobrar - do que quando relaxada, tornando-se comparável a um compensado de madeira.

O princípio físico por trás desse comportamento é chamado "transição de bloqueio", semelhante ao comportamento de enrijecimento nos sacos de arroz ou café embalados a vácuo.

Só que, além das embalagens, materiais com esse comportamento, conhecidos como "tecidos estruturados", podem ter muitas outras aplicações, já que não precisam ser feitos de plástico: A equipe já está trabalhando em versões feitas de metal.

Tecidos estruturados

Umas das aplicações mais promissoras do novo material é no campo da segurança pessoal, com tecidos inteligentes que podem endurecer para proteger o usuário contra um impacto, coletes à prova de perfurações, suporte médico configurável para idosos, exoesqueletos de proteção para esportes de alto impacto ou equipamentos de proteção individual (EPIs) para locais como canteiros de obras.

A equipe jogou uma pequena bola de aço (30 gramas, medindo 1,27 cm de diâmetro) na cota de malha a 3 metros por segundo. O impacto deformou o tecido em até 26 mm quando relaxado, mas apenas 3 mm quando ele estava enrijecido a vácuo.

"Com um tecido engenheirado leve e ajustável - facilmente chaveável de macio para rígido - podemos usá-lo para atender às necessidades dos pacientes e da população idosa, por exemplo, para criar exoesqueletos que podem ajudá-los a se levantar, carregar cargas e ajudá-los com suas tarefas diárias," disse o professor Wang Yifan, da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura.

Apesar de ter usado apenas polímeros e fabricado o material em uma impressora 3D, Yifan afirma que se inspirou nas antigas armaduras de cota de malha, que eram basicamente tecidos de metal, feitos com anéis entrelaçados.

"Para aumentar ainda mais a rigidez e resistência do material, estamos trabalhando agora em tecidos feitos de vários metais, incluindo alumínio, que podem ser usados para aplicações industriais em grande escala que requerem maior capacidade de carga, como pontes ou edifícios," afirmou ele.

As primeiras versões do tecido estruturado estão sendo feitas de polímero, mas a equipe já está trabalhando em versões feitas de metal.
[Imagem: Chiara Daraio/Caltech]

A ciência por trás do tecido interligado

O conceito científico por trás do tecido de rigidez variável é chamado de "transição de bloqueio". É uma transição na qual agregados de partículas sólidas mudam de um estado macio, semelhante a um fluido, para um estado rígido, semelhante a um sólido, com um ligeiro aumento na densidade de empacotamento. No entanto, as partículas sólidas típicas são geralmente muito pesadas e não fornecem resistência à tração suficiente para aplicações típicas dos tecidos, em objetos para vestir.

Os pesquisadores de Cingapura inovaram ao projetar o que eles chamam de partículas estruturadas, onde cada partícula é feita de estruturas ocas. Eles já testaram partículas na forma de anéis, ovais, quadrados, cubos, pirâmides e diferentes formas de octaedros, que são então interligados.

Essas estruturas, conhecidas como estruturas topologicamente interligadas, podem então ser usadas para criar uma malha de baixa densidade e alta rigidez à tração - e a impressão 3D permite juntar tudo numa uma única peça.

Depois de modelar o número médio de pontos de contato por partícula e quanto cada estrutura se dobrará em resposta à quantidade de tensão aplicada, a equipe verificou que, quando ajusta o formato das partículas, há uma compensação entre quanto peso as partículas terão e quanto o tecido poderá se dobrar. A modelagem permitiu equilibrar os dois fatores para obter o melhor desempenho.

Para adicionar uma forma de controlar a rigidez do tecido, a equipe encapsulou a cota de malha em um envelope plástico flexível e compactou os tecidos usando vácuo, como se usa nas embalagens de alimentos para congelamento. A pressão do vácuo aumenta a densidade de empacotamento das partículas, fazendo com que cada uma tenha mais contato com suas vizinhas.

Para o tecido à base de octaedros, isso resultou em uma estrutura 25 vezes mais rígida. Um pedaço plano do material embalado a vácuo conseguiu suportar uma carga de 1,5 kg, mais de 50 vezes o peso do próprio tecido.

Bibliografia:

Artigo: Structured fabrics with tunable mechanical properties
Autores: Yifan Wang, Liuchi Li, Douglas Hofmann, José E. Andrade, Chiara Daraio
Revista: Nature
Vol.: 596, pages 238-243
DOI: 10.1038/s41586-021-03698-7

Descobertas as causas da deterioração do concreto e do asfalto

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/07/2021

Detalhe da estrutura de uma ponte mostrando asfalto e concreto em deterioração.
[Imagem: Akihiro Moriyoshi]

Deterioração do concreto

Os engenheiros vêm observando há décadas que as estruturas modernas de concreto e de asfalto tendem a se deteriorar muito mais rapidamente do que estruturas históricas.

Mas a razão para esse fenômeno permanecia desconhecida.

Agora, Akihiro Moriyoshi e colegas da Universidade de Hokkaido, no Japão, acreditam ter finalmente encontrado a resposta.

Eles descobriram que a deterioração das estruturas modernas de concreto e asfalto se deve à presença de quantidades-traço - meros vestígios - de matéria orgânica nessas estruturas.

Monitoramento do concreto

As marcas características que levam à deterioração do cimento, concreto e asfalto incluem rachaduras, desagregação (transformação em pó) e delaminação (separação em camadas).

As estruturas deterioradas deixam de ser seguras para os fins que foram projetados, e uma deterioração mais rápida reduz a expectativa de vida das estruturas.

As técnicas atuais de monitoramento incluem justamente o acompanhamento da largura das rachaduras e um teste químico simples, que não dão um quadro geral da deterioração e da queda da resistência dos materiais.

Foi ao tentar melhorar esses ensaios de monitoramento que Moriyoshi percebeu um odor característico emanando das amostras de cimento que ele estava testando. Foi necessário usar até tomografia computadorizada para finalmente encontrar a razão dos cheiros, que acabaram explicando a deterioração dos materiais.

Para confirmar que estavam de posse da explicação correta, a equipe testou uma variedade de amostras de asfalto do Japão desde 1960, várias amostras de concreto de todo o mundo, e também uma amostra de concreto de 120 anos, usada como referência.

Exames de tomografia mostraram que o concreto apresenta também deterioração interna, devido à presença de matéria orgânica.
[Imagem: Akihiro Moriyoshi et al. - 10.1371/journal.pone.0249761]

Deterioração por matéria orgânica

Os exames mostraram que há uma série de moléculas orgânicas, de origens diversas, presentes nas modernas estruturas de concreto e pavimentos asfálticos: ftalatos, particulados de escapamento de carros e caminhões, sabões e até fluidos usados para lavar pára-brisas.

Entre os compostos mais comuns, a equipe encontrou (como proporção da amostra de concreto ou cimento): 0,25% de desumidificantes, 0,12% de compostos de fosfato e 0,0012% de ftalatos.

Essas moléculas são introduzidas no cimento, concreto e asfalto durante o processo de fabricação ou absorvidas do meio ambiente, e causam uma rápida deterioração das estruturas de concreto e dos pavimentos de asfalto. Embora estejam em menor quantidade, os ftalatos mostraram ter o maior efeito de deterioração.

A equipe espera que suas descobertas sejam usadas para desenvolver novas formulações para estruturas de concreto ou aprimoramentos nos processos produtivos, que permitam a produção de cimentos e concretos mais puros, que poderão ter vida útil mais longa.

Bibliografia:

Artigo: Deterioration of modern concrete structures and asphalt pavements by respiratory action and trace quantities of organic matter
Autores: Akihiro Moriyoshi, Eiji Shibata, Masahito Natsuhara, Kiyoshi Sakai, Takashi Kondo, Akihiko Kasahara
Revista: PLoS ONE

DOI: 10.1371/journal.pone.0249761 

 

Concreto autoconserta-se de rachaduras usando enzima do sangue humano

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/07/2021

Micrografias mostrando a autocura do concreto catalisada pela enzima.
[Imagem: Jessica A. Rosewitz et al. - 10.1016/j.apmt.2021.101035]

Anidrase carbônica

Pesquisadores apresentaram uma nova receita para criar estruturas de cimento e concreto capazes de se autoconsertar de trincas e rachaduras.

O "ingrediente secreto" é uma enzima encontrada nos glóbulos vermelhos do sangue humano, onde ela ajuda a transportar o CO2 e controlar o pH.

A enzima, chamada anidrase carbônica, reage automaticamente com o dióxido de carbono atmosférico (CO2) para criar cristais de carbonato de cálcio, que imitam o concreto em estrutura, resistência e outras propriedades, preenchendo assim rachaduras antes que elas causem problemas estruturais.

"Se pequenas rachaduras pudessem ser reparadas automaticamente quando começassem, elas não se transformariam em problemas maiores, que precisariam de reparo ou substituição. Parece ficção científica, mas é uma solução real para um problema significativo na indústria da construção," disse o professor Nima Rahbar, do Instituto Politécnico Worcester, nos EUA.

Processo de autocura do concreto usando enzima encontrada no sangue humano.
[Imagem: Jessica A. Rosewitz et al. - 10.1016/j.apmt.2021.101035]

Enzima melhor que bactéria

Inspirados pelo processo de transferência de CO2 no corpo humano, os pesquisadores adicionaram a anidrase carbônica produzida sinteticamente ao pó de cimento antes da preparação e mistura que forma o concreto. Quando uma pequena fissura eventualmente se forma no concreto enzimático, a enzima lá dentro se conecta com o CO2 do ar, desencadeando o crescimento de uma nova matriz cristalina que preenche a fissura.

O processo consegue curar rachaduras em escala milimétrica em 24 horas.

A equipe desenvolveu uma abordagem em três frentes que inclui uma mistura de concreto que, quando usada para construir uma estrutura, irá autoconsertar pequenas fissuras que se formarem; uma mistura que pode induzir a autocura em fendas ou buracos maiores; e um processo que pode ser aplicado ao concreto tradicional para consertar rachaduras.

Outros pesquisadores já propuseram a criação de concreto autocurável usando bactérias, como o Bacillus Megaterium, um micróbio que produz uma enzima que é expelida na mistura de concreto.

Rahbar optou por usar enzimas diretamente, em vez de bactérias, observando que as bactérias são mais caras e funcionam mais lentamente, levando até um mês para curar uma rachadura de 10 micrômetros, que as enzimas podem curar em poucas horas - e há preocupações sobre potenciais questões de saúde de longo prazo relacionadas ao uso das bactérias.

Bibliografia:

Artigo: An enzymatic self-healing cementitious material
Autores: Jessica A. Rosewitz, Shuai Wang, Suzanne F. Scarlata, Nima Rahbar
Revista: Applied Materials Today

 

Fibras digitais criam roupas programáveis e inteligentes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/06/2021

As fibras podem ser incorporadas em tecidos comuns.
[Imagem: Roni Cnaani]

Tecidos programáveis

Pesquisadores criaram a primeira fibra com capacidade de operação digital, capaz de sentir, armazenar, analisar e inferir sua própria atividade, mesmo depois de ela ser costurada em uma roupa.

As fibras digitais expandem em muito as possibilidades dos sensores, viabilizando a fabricação de tecidos capazes de analisar o corpo humano em tempo real, para monitoramento da saúde, do desempenho físico, para a detecção precoce de doenças e até para tratamentos médicos.

As fibras eletrônicas construídas até agora eram todas analógicas - elas transportam um sinal óptico ou elétrico contínuo. Uma fibra digital permite codificar e processar bits discretos de informação - 0s e 1s - de forma direta, simplificando muito o projeto das chamadas roupas inteligentes.

"Este trabalho representa a primeira realização de um tecido com a capacidade de armazenar e processar dados digitalmente, adicionando uma nova dimensão de conteúdo de informação aos têxteis e permitindo que os tecidos sejam literalmente programados," disse o professor Yoel Fink, do MIT.

Fibra digital

A nova fibra foi criada colocando centenas de microeletrodos de silício em uma pré-forma, que foi então usada para criar uma fibra de polímero, pelo mesmo processo com que são feitas as fibras ópticas.

Controlando com precisão o fluxo do polímero, os pesquisadores conseguiram criar uma fibra com conexão elétrica contínua entre as micropartículas ao longo de dezenas de metros.

A fibra em si é fina e flexível e pode ser passada por uma agulha, costurada em tecidos e lavada pelo menos 10 vezes sem quebrar.

E, mais importante, é possível controlar os elementos individuais dentro da fibra a partir de suas extremidades. "Você pode pensar em nossa fibra como um corredor, e os elementos são como quartos, e cada um deles tem seus próprios números de quarto digitais exclusivos," comparou o pesquisador Gabriel Loke.

Uma fibra digital também pode armazenar muitas informações na memória: Os pesquisadores escreveram, armazenaram e leram informações na fibra, incluindo um filme de curta-metragem colorido de 767 kilobits e um arquivo de música de 0,48 megabyte - os arquivos ficaram armazenados por até dois meses, sem nenhum consumo de energia.

Cada elemento da fibra digital pode ser endereçado individualmente, sem interferir com os outros.
[Imagem: Gabriel Loke et al. - 10.1038/s41467-021-23628-5]

Inteligência artificial na roupa

E não se trata apenas de armazenamento digital de dados: A fibra digital também avança alguns passos em direção à inteligência artificial embutida nas roupas.

Em um dos experimentos, a equipe inseriu em uma fibra uma rede neural de 1.650 conexões. Depois de costurá-la ao redor do punho de uma camisa, eles usaram a fibra para coletar 270 minutos de dados da temperatura corporal da superfície de um dos membros da equipe. Treinada nesses dados, a fibra foi capaz de determinar com 96% de precisão em qual atividade física a pessoa que a usava estava envolvida.

Com essa capacidade analítica embutida, as fibras poderiam detectar e alertar as pessoas em tempo real sobre alterações fisiológicas, como queda no ritmo respiratório ou batimento cardíaco irregular. Mas a equipe sugere também algumas ideias mais ousadas, como um vestido de noiva que armazene a música do casamento e toque em volta da noiva durante toda a cerimônia.

Bibliografia:

Artigo: Digital electronics in fibres enable fabric-based machine-learning inference
Autores: Gabriel Loke, Tural Khudiyev, Brian Wang, Stephanie Fu, Syamantak Payra, Yorai Shaoul, Johnny Fung, Ioannis Chatziveroglou, Pin-Wen Chou, Itamar Chinn, Wei Yan, Anna Gitelson-Kahn, John Joannopoulos, Yoel Fink
Revista: Nature Communications
Vol.: 12, Article number: 3317
DOI: 10.1038/s41467-021-23628-5