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LUZ SOLAR: até quando será desperdiçada?

Raffa — Wed, 08 Apr 2009 16:16:05 +0000

A Mãe Natureza já fez a maior parte do difícil trabalho para criar um sistema fotocatalisador natural.

A energia solar pode ser um recurso natural considerado inesgotável e as plantas têm aproveitado essa energia desde quando apareceram pela primeira vez na Terra a cerca de 500 milhões de anos.

No entanto, apesar dos esforços científicos e tecnológicos por mais de um século, os seres humanos ainda não conseguiram fabricar um sistema capaz de converter luz solar em energia utilizável de forma tão eficiente quanto o faz uma folha verde.

Em vez de tentar construir um fotocatalisador mais eficiente que possa superar a folha verde, os pesquisadores Tongxiang Fan e Di Zhang e outros colaboradores na Shanghai Jiaotong University, utilizaram a própria folha como uma plataforma conveniente para a criação de um sistema fotocatalisador artificial.

Uma folha verde pode ser vista como um sistema fotocatalisador natural: tem uma superfície com elevada área de contato e um campo poroso preenchido com cloroplastos.

Em cada cloroplasto habitam pilhas de membranas de tilacoides, que são muito eficientes em capturar fótons de luz visível.

Na seqüência, a clorofila no interior da membrana de tilacoides converte esses fotóns em energia.

Os pesquisadores substituíram a clorofila das folhas frescas com metais pesados, como o titânio e cobre.

Em seguida, imergiram as folhas em solução de nitrato de zinco para replicarem as estruturas hierárquicas porosas e os empilhamentos de tilacoides.

As folhas foram removidas através de tratamento térmico a temperaturas elevadas e todo o sistema fotocatalisador natural foi essencialmente substituído por óxido de zinco – um sistema fotocatalisador artificial bem conhecido.

Os pesquisadores testaram o desempenho do sistema fotocatalisador artificial e observaram que a intensidade da absorvância na frequência da luz visível quase duplicou.

O sistema fotocatalisador artificial também possui atividade fotocatalítica superior em comparação com outros desenvolvidos anteriormente.

Os resultados demonstram uma nova estratégia para imitar as elaboradas criações da Mãe Natureza na construção de novos materiais para serem utilizados na conversão das energias renováveis.

É muito interessante ler o artigo original:

Zhou, Han et al. Biomimetic photocatalyst system derived from the natural prototype in leaves for efficient visible-light-driven catalysis. Journal of Materials Chemistry, 2009.

Large Hadron Collider – LHC

Raffa — Thu, 11 Sep 2008 17:27:00 +0000

Esta é a maior e a mais fantástica máquina construída pelo ser humano em todos os tempos!

São 27 quilômetros de túnel na forma de um anel construído a 100 metros de profundidade.

Os túneis por onde os prótons estão sendo acelerados são refrigerados a (-271) graus Celsius.

A experiência que está sendo realizada tem o objetivo de verificar se existem partículas menores – fundamentais – do que as conhecidas hoje: os quarks.

Como é realizada essa expeirência?

O LHC contém dois aneis concêntricos e em cada um deles está sendo acelerado um feixe de prótons, com cerca de 0,00000000047 gramas de massa.

Usando eletroímãs feitos com materiais supercondutores, o LHC pode acelerar os dois feixes de prótons, em sentidos opostos, até alcançar 99,9999991% da velocidade da luz.

Com essa velocidade, cerca de 7 teraeletronvolts (trilhões de eletronvolts) de energia, os dois feixes de protons serão colocados em rota de colisão.

De acordo com a teoria da Relatividade, massa e energia são equivalentes, por isso os pesquisadores esperam que nessa colisão sejam geradas muitas partículas super pesadas jamais vistas anteriormente.

Uma das partículas esperadas é o boson de Higgs, considerada como a mãe de todas as partículas com massa no modelo padrão da física de partículas.

Há espectativa por parte de outros modelos, como o da supersimetria, de que sejam detectadas as companheiras super pesadas das partículas fundamentais.

Diante de todos os desejos esperançosos, resta torcer para que realmente se consiga avançar no conhecimento do nosso universo.

Principalmente, que esse conhecimento não se torne a razão de domínio, mas de liberdade dos povos com mais saúde, alimentação e escola.

OS DESAFIOS DA CHINA

Raffa — Wed, 30 Jul 2008 13:50:00 +0000

Por quase todos os parâmetros de medidas utilizados, o crescimento da China é extraordinário.

Porém por trás das espantosas estatísticas existe uma realidade bem mais complexa.

As discussões sobre a emergência da China como uma superpotência muitas vezes se concentram em questões de grande escala.

Isso é compreensível, pois no interior das fronteiras da China habitam mais de 1,3 mil milhões de pessoas – são 20% da população mundial, ou seja, uma em cada cinco pessoas no planeta é chinesa.

Atualmente nas áreas da ciência e da tecnologia, a China já gera mais publicações do que qualquer outro país exceto os Estados Unidos, e ocupa o terceiro lugar em número de doutoramentos premiados.

Praticamente por qualquer parâmetro de medida que você utilize, vai encontrar um extremo na China.

Por exemplo: em que lugar do planeta as autoridades teriam sequer considerado um plano para redistribuir os recursos hídricos com o desvio dos rios importantes por mais de mil quilômetros?

Mas esses números gigantes podem não significar o que parecem ser.

A atual população da China representa uma proporção menor dos habitantes do planeta do que era no século XVII.

Muitos analistas concordam que o atual crescimento econômico daquele país está em uma fase de “boom” e não deve perdurar.

Mais importante, a imagem da China como um gigante monolítico esconde uma realidade mais complexa e mais interessante.

A equipe de Rogers Hollingsworth, por exemplo, argumenta que a expansão da ciência chinesa não significa necessariamente que irá substituir os Estados Unidos como uma nova hegemonia, mas sim que irá encontrar e desempenhar uma função proeminente no interior de uma comunidade global de pesquisa mais diversificada, na qual nenhuma nação terá o domínio absoluto.

Além disso, não está claro se a força crescente da China na ciência – que cada vez mais desmente a noção de que a pesquisa nos países da Ásia carece de originalidade – irá automaticamente tornar as instituições chinesas em importantes atores em todas as fronteiras estabelecidas: o desenvolvimento de drogas, a nanotecnologia ou a ciência espacial.

As nações têm prioridades diferentes e isso é especialmente verdade para aquelas cujo desenvolvimento econômico e tecnológico é relativamente recente.

Lan Xue delineia os perigos de simplesmente competir com base em uma agenda determinada pelas superpotências científicas anteriores, com as suas regras não declaradas sobre quais são as áreas de pesquisas mais importantes e onde os resultados devem ser publicados.

Se a China fosse decidir quais são os seus interesses, digamos, um investimento maciço na produção de energia limpa – um assunto de urgência nacional, para o qual pode ser imprudente entregar a liderança do trabalho sub-financiado no Ocidente – ela tanto poderia atender as próprias necessidades quanto determinar uma ação em escala global.

Na verdade, os problemas globais que iriam ser abordados pelo prisma chinês das prioridades domésticas, formam uma lista de desejos quase perfeita.

Estas prioridades incluem a conservação de água e tratamento da poluição da água, previsão de abalos sísmicos e tecnologias para a construção resistente ao abalo sísmico, a gestão das cheias e culturas resistentes as secas – todas com ampla aplicação generalizada em qualquer outro lugar.

O mesmo procedimento deve acontecer com a saúde: os desafios domésticos da China são também os desafios do mundo.

Por exemplo, a droga antimalárica artemisina é um dos mais célebres benefícios encontrados nas ervas medicinais chinesas.

A gripe aviária ameaça ser uma epidemia doméstica da China, e a propagação da SIDA agora é reconhecida como uma questão nacional, especialmente após o escândalo das infecções por HIV dos camponeses doadores de sangue da província de Henan na década de 1990, minada pela negação oficial.

Quando o Premier Wen Jiabao foi fotografado em 2003 de mãos dadas com um portador do vírus da AIDS, pareceu claro que o governo resolveu enfrentar o problema.

Há muito mais sobre a misteriosa China que será apresentado nas publicações subsequentes.

OBS: Essas informações estão na Nature, Jul 2008.

CÉLULAS SOLARES: quando serão viáveis?

Raffa — Mon, 30 Jun 2008 20:43:00 +0000

A indústria de materiais fotovoltaicos – células solares, por exemplo – está crescendo rapidamente, mas ainda precisa reduzir bastante os preços desses materiais para tornar viável essa alternativa energética.

Por que é tão pequena a geração de energia elétrica através de células solares?

Essa é uma pergunta freqüente quando se trata de aproveitamento da energia solar e Winfried Hoffmann afirma que a limitação industrial fica inteiramente por conta do alto custo das células.

Até agora, não é economicamente viável adquirir para a maioria das residências sistema de energia solar para a geração de eletricidade, porém esse quadro mudará muito nos próximos 20 anos.

O custo de geração de energia com célula solar tem decrescido 5% a cada ano e tudo indica que o setor industrial tem condições de pelo menos manter essa taxa.

Em 1991, nas condições climáticas da Alemanha, custava 1,1 euros a produção de 1,0kW de energia por meio de células solares; atualmente o preço está em torno de 0,40 euro.

Hoffmann ainda salienta que a maioria das indústrias no mundo está sendo subsidiada para pesquisar e produzir alternativas mais eficientes para o aproveitamento da energia solar.

Em compensação tem aumentado substancialmente a quantidade de profissionais trabalhando nesse projeto: há 10 anos cerca de 5000 pessoas trabalhavam na indústria fotovoltaica alemã e hoje já são mais de 40.000 pessoas.

Esse subsídio não vai ser eterno, desde que o custo de conversão da energia solar seja comparável ao de uma grande folha de árvore, que é o objetivo atual das células solares.

OBS: Winfried Hoffmann é presidente da Associação das Indústrias Fotovoltaicas Européias

ENERGIA SOLAR: Aproveitamento Barato

Raffa — Sat, 21 Jun 2008 19:55:00 +0000

Estudantes do MIT (Massachusetts Institute of Technology) fizeram um teste nesta semana com o protótipo de um equipamento que pode obter a melhor relação custo-eficiente para aproveitar a energia solar do mundo.

O sistema consiste de uma base na forma de prato com cerca de 4 metros de largura que é coberta com lâminas espelhadas.

A estrutura da base é leve e relativamente barata pois é feita com finos tubos de alumínio encurvados conforme uma parábola, o que faz a luz solar ser concentrada no foco da parábola, aumentando a energia por um factor de 1000, gerando assim o intenso calor que pode derreter uma barra de aço!

O objetivo do equipamento não é exatamente esse.

Os autores – que já patentearam o processo e criaram uma empresa para industrializar o equipamento – querem utilizar para gerar energia elétrica, principalmente nas regiões mais distantes dos centros de distribuição de energia elétrica produzida pelos meios já conhecidos: hidrelétricas, usinas nucleares, termoelétricas etc…

Um dos membros da equipe acredita que estão com potencial para revolucionar a produção mundial de energia.

Quem estiver interessado em se associar, consulte http://www.mit.edu/

FÍSICA APLICADA: Sintonizando um Fóton

Raffa — Sat, 07 Jun 2008 16:02:00 +0000

A atual capacidade científica e tecnológica para detectar um único fóton torna possível investigar as propriedades quânticas da luz e implementar estratégias de comunicação quântica e criptografia quântica com um único fóton transportando a informação.

Até esta data, os detectores de fótons têm dois padrões: podem ser projetados com sensibilidade para detectar um único valor da energia dos fótons ou para detectar uma vasta gama de energias.
No entanto nenhum apresenta a opção para sintonizar o comprimento de onda detectado.

Agora a equipe de Gustavsson descreve o detector com sintonia de freqüência para um único fóton no regime de microondas usando a estrutura de ponto quântico duplo.

Eles são capazes de deslocar os níveis discretos de energia de um ponto quântico em relação aos níveis de energia do outro ponto quântico por meio da aplicação de voltagens adequadas no portão de passagem dos elétrons.

Usando técnicas de detecção de carga elétrica resolvidas no tempo, eles conseguem relacionar diretamente a detecção do tunelamento de um elétron com a absorção de um único fóton, cuja energia corresponde a separação do nível de energia sintonizado entre os dois pontos quânticos.

Se você quer saber mais, consulte Phys. Rev. Lett. 99, 206804 (2007).

ENSINO DE FÍSICA: Desafio 5

Raffa — Wed, 20 Jun 2007 14:26:00 +0000

Um pequeno rato, com massa m, se movimenta no interior de um cilindro oco com massa M e raio R que pode girar sem atrito em torno do eixo fixo longitudinal perpendicular a esta página e que passa pelo centro do mesmo.

Supondo que inicialmente o rato esteja na posição indicada na figura (ponto azul) enquanto o cilindro gira em reação ao movimento do rato que corre sem escorregar, determine a energia despendida pelo rato para se manter na mesma posição durante o intervalo de tempo to.

OBS: Envie a sua proposta de solução para novelllino@gmail.com.

FÍSICA: Desafio 2 – A roda d’água

Raffa — Mon, 23 Apr 2007 17:27:00 +0000

O aproveitamento de pequenas quedas d’água para produzir energia elétrica tem sido feito através de uma técnica secular que utiliza um equipamento chamado de roda d’água.

A roda é obrigada a girar sob a ação da água que cai – seja em cascata, ou apenas deslizando rio abaixo – e a energia de movimento de translação da água realiza trabalho físico sobre a roda gerando energia de rotação.

A energia de rotação, por sua vez, pode ser transmitida para outro equipamento através de uma correia (ou polia), conforme a figura, na qual são mostradas duas roldanas com raios R1 e R2 (R1 < R2) sendo que a maior é fixada ao eixo da roda d’água e a menor, ao eixo de um gerador de energia elétrica.

Para que o gerador produza energia suficiente é necessário que o mesmo gire com velocidade angular mínima igual a w. Supondo que a roda d’água gire com velocidade angular W constante e que a correia não deslize, determine a relação entre os raios R1 e R2 para tornar eficiente o uso da roda d’água.

OBS: 1- A figura foi copiada de um teste do MEC-Brasil para o Ensino Médio.

2- A pessoa interessada pode enviar a sua proposta de solução para novelllino@gmail.com.