Indicação de leitura..... A COLHER QUE DESAPARECE, de Sam Kean

Descrição

Um passeio pelas mais surpreendentes histórias envolvendo a descoberta, o uso e a criação dos 118 elementos químicos da tabela periódica. Uma colher que desaparece quando colocada no chá quente, uma bizarra corrida pelo ouro causada por um elemento (telúrio) que tem cheiro de alho, um poeta que enlouqueceu ao ingerir lítio para se tratar de uma doença. Esses são alguns dos misteriosos casos que Sam Kean conta para explicar com clareza os conceitos científicos e narrar de maneira saborosa casos engraçados e aterradores sobre os átomos que nos cercam. Pelo caminho, o autor aborda a história dos avanços científicos, desde a descoberta do átomo até a criação de elementos artificiais, passando pela invenção da tabela periódica e pelo estudo da radioatividade. Mostra também como a vida humana se modificou devido ao cobre (usado em moedas por ser “autoestéril”), ao silício (utilizado na revolução da informática) e ao urânio (um dos grandes responsáveis pela bomba atômica). Uma narrativa envolvente que nos guia através dos segredos dos elementos químicos. A propósito: a colher que desaparece é feita de gálio, elemento 31 da tabela periódica, metal com a estranha propriedade de ficar no estado líquido acima de 29ºC, temperatura inferior à de qualquer cafezinho. 

O livro custa em torno de R$ 48,90 e tem 276 encantadoras páginas. Boa leitura.

DISPONÍVEL: https://www.saraiva.com.br/a-colher-que-desaparece-loucura-amor-morte-e-a-historia-do-mundo-a-partir-da-tabela-periodica-3534951.html
 

Indicação de leitura.... O POLEGAR DO VIOLINISTA, de Sam Kean

 

 

 

 

Descrição  

O renomado jornalista Sam Kean conta a história da genética, de Mendel e suas ervilhas até os dias de hoje, em que exames de ponta são capazes de detectar doenças que poderemos desenvolver. Ele mostra como, em algum ponto no emaranhado de fitas do DNA, se encontra a solução de muitos mistérios da espécie humana. Dentre eles, a grande saga sobre o lugar de onde viemos e como evoluímos a ponto de dominar o planeta como nenhuma outra espécie havia conseguido antes. Tudo isso entremeado a fantásticas narrativas protagonizadas pelo DNA: as mulheres grávidas que transmitiam câncer aos filhos ainda não nascidos; os sobreviventes de bombas nucleares; a morte precoce dos primeiros exploradores do ártico; o cientista russo que teria criado um híbrido de homem e chimpanzé; e até mesmo casos em que, como o do violinista virtuose Paganini, a ciência esclarece a arte. 

O livro tem 337 páginas e custa em torno de R$ 42,90. É uma excelente forma de aprender sobre genética de forma prazerosa e certamente mais agradável do que as formas convencionais.

Boa leitura.

DISPONÍVEL: https://www.saraiva.com.br/o-polegar-do-violinista-e-outras-historias-da-genetica-sobre-amor-guerra-e-genialidade-5186918.html

Processo químico da bioluminescência de fungos é reciclável e flexível

DISPONÍVEL: http://revistapesquisa.fapesp.br/2017/04/26/iluminacao-natural/
ACESSO: 30/01/2018 as 12:02

POR: MARIA GUIMARÃES | Edição Online 15:00 26 de abril de 2017.

Uma rua iluminada por árvores brilhantes, em vez de postes e lâmpadas. A imagem parece um sonho, mas não chega a ser impossível para o químico Cassius Stevani, professor no Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP). “Mas é preciso tomar cuidado, não queremos que a floresta natural emita luz à noite”, alerta. Mesmo fora do horizonte da realidade, o cenário de ficção científica está enraizado na pesquisa de Stevani com fungos bioluminescentes, principalmente da espécie Neonothopanus gardneri, da Mata dos Cocais, no Piauí. Ele e uma série de colaboradores, sobretudo russos e brasileiros, acabam de desvendar uma parte importante das reações químicas que iluminam cogumelos de verde, conforme mostra artigo publicado no dia 26 de abril no site da revista Science Advances.

Um ponto importante do estudo foi descobrir que a hispidina, uma molécula com propriedades farmacológicas presente em boa parte das plantas, é precursora da luciferina, substrato essencial à produção de luz nos fungos. A hispidina também está em cogumelos não luminescentes, nos quais é responsável por uma cor alaranjada e por protegê-los contra os danos causados pela luz solar.

De acordo com a sequência de reações químicas revelada pelo grupo de pesquisadores, a luciferina reage com oxigênio por ação da enzima luciferase e dá origem à oxiluciferina excitada, que, ao decair para o estado fundamental, emite um fóton – e, portanto, luz. Depois disso, a oxiluciferina sofre ação de outra enzima e dá origem ao ácido cafeico. Essa é outra descoberta importante porque o ácido cafeico já era conhecido como precursor da hispidina. Assim, Stevani explica que o ciclo se fecha. “Há uma reciclagem das moléculas envolvidas na bioluminescência, o que explica a pequena quantidade de hispidina existente nos fungos: ela é constantemente formada, em seguida reage e o ciclo da bioluminescência continua.” Como esse processo consome oxigênio, pode ser uma maneira de o organismo combater danos por estresse oxidativo.

Árvores e outras plantas também produzem ácido cafeico, e vem daí a brincadeira de sugerir a manipulação genética de modo que produzam as enzimas necessárias para completar a reação e brilhem. “Também seria possível produzir orquídeas luminescentes para o comércio de plantas ornamentais”, imagina o químico. O bioquímico norte-americano Hans Waldenmaier, que no ano passado terminou o doutorado sob orientação de Stevani, está justamente com planos de montar uma empresa para produzir plantas bioluminescentes em seu país natal. O intuito não é apenas decorativo. “Talvez um dia seja possível usar esse sistema como repórter para seguir processos biológicos de plantas e aplicar a problemas de saúde humana”, diz o professor do IQ-USP. Proteínas fluorescentes usadas como marcador genético luminoso, ou repórter, renderam a Osamu Shimomura, Roger Tsien e Martin Chalfie o prêmio Nobel de Química em 2008 exatamente pela importância na visualização de processos bioquímicos. Naquele caso se tratava de uma proteína fluorescente produzida por medusas, amplamente usada em laboratórios do mundo todo.

Química produtiva
Os resultados obtidos no artigo da Science Advances nasceram da colaboração entre Stevani e o químico russo Ilia Yampolsky, do Instituto de Química Bio-orgânica, em Moscou, uma parceria que surgiu de maneira inusitada. Quando soube, por relato de alunos que voltavam de um congresso internacional, que Yampolsky buscava caracterizar moléculas responsáveis pela bioluminescência de fungos, o brasileiro entrou em contato para propor unir esforços. Mas chegou tarde demais: os resultados já estavam submetidos para publicação, a partir de culturas de um fungo muito semelhante ao brasileiro: era Neonothopanus nambi, originário do Vietnã. Na disputada corrida acadêmica, a derrota para um pesquisador com um histórico mais recente de pesquisa nesse tema poderia ser motivo para despeito e inimizade. Aconteceu o contrário. Para chegar aos resultados apresentados na Science Advances, cada um contribuiu com sua especialidade – o russo em síntese de compostos orgânicos e o brasileiro em mecanismos químicos. Em São Paulo, também participaram os químicos Erick Bastos e Paolo di Mascio, do IQ, e Anderson Oliveira, do Instituto Oceanográfico, além dos farmacêuticos Felipe Dörr e Ernani Pinto, da Faculdade de Ciências Farmacêuticas, todos da USP.

Além de elucidarem as moléculas presentes na reação de bioluminescência, eles viram que a luciferase é versátil. Yampolski sintetizou variações da luciferina, que, ao reagir com a luciferase, também gera luz. Como essas moléculas não são produzidas pelos fungos, a reação foi produzida dentro de um aparelho, o luminômetro, que acusou a presença de luz. A diferença é que ela teria um comprimento de onda distinto do verde observado na natureza e, caso a reação acontecesse na natureza, seria possível ver cogumelos brilhando em outras cores, como as imagens alteradas que ilustram esta reportagem: uma “licença poética”, nas palavras do químico brasileiro.

Entre a química pura, a ficção e aplicações tecnológicas, Stevani ainda passeia pela biologia ao investigar o significado ecológico da luminescência dos cogumelos. Os resultados obtidos por Waldenmaier em sua pesquisa de doutorado ainda estão sendo preparados para publicação, mas já dá para dizer que filmagens e experimentos em campo sugerem que o brilho atrai insetos e cria um verdadeiro ecossistema em miniatura. Os cogumelos parecem ser um ponto de encontro para vagalumes, que os visitam aos pares. Baratinhas douradas comem o fungo e são caçadas por aranhas. Todos, Stevani sugere, atraídos pela luz que se propaga bem mais do que o cheiro no ambiente da floresta. Enquanto isso tudo acontece, os animais se recobrem de esporos e ajudam a disseminá-los. Afinal, crescendo perto do chão onde há mais umidade, falta vento para soprar as partículas reprodutivas. Na colaboração, todos parecem sair ganhando.

Projeto
Bioluminescência em fungos: levantamento de espécies, estudo mecanístico & ensaios toxicológicos (nº 13/16885-1); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Pesquisador responsável Cassius Vinicius Stevani (USP); Investimento R$ 183.183,40 + US$ 58.141,94.

Artigo científico
KASKOVA, Z. M. et al. Mechanism and color modulation of fungal bioluminescence. Science Advances. 26 abr. 2017.

Como fungos usam química para brilhar no escuro da mata

DISPONÍVEL: https://www.youtube.com/watch?v=Ril7v3BP1dM#action=share
ACESSO: 30/01/2018 as 12h.





Há 15 anos, Cassius Stevani, do Instituto de Química da USP, busca desvendar reações químicas que iluminam cogumelos de verde. Ele destaca a importância de entender o processo da bioluminescência dos fungos, principalmente da espécie Neonothopanus gardneri.

Enzima transforma planta em abajur

DISPONÍVEL:
ACESSO: 30/01/2018 as 11:54

Um maço de agrião que emite luz por até quatro horas, de forma fraca, mas capaz de iluminar as páginas de um livro, foi concebido nos laboratórios do Departamento de Engenharia Química do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos. Usando clones das enzimas luciferase e luciferina de vagalume, os pesquisadores do MIT e da Universidade da Califórnia conseguiram fazer pés de agrião, rúcula, couve e espinafre emitirem luz. Para transportar a luciferase ao interior das folhas, eles utilizaram nanopartículas de sílica. A luciferina foi envolta em um polímero biodegradável de dimensões nanométricas. A incorporação das enzimas nas folhas ocorreu em duas etapas. Na primeira, as plantas foram mergulhadas em uma solução com as nanopartículas em suspensão. Depois, solução e plantas foram submetidas a alta pressão para as nanopartículas penetrarem nos poros (estômatos) das folhas. A luciferase se instala nas camadas mais superficiais das folhas e a luciferina é liberada gradualmente pelo polímero. A reação química entre elas gera luz. O grupo, liderado por Michael Strano, do MIT, pretende usar as plantas para iluminação.

EM: Revista PESQUISA/FAPESP ED. 263 | JANEIRO 2018.

O jambu, além da culinária, é utilizado em cosméticos e poderá ter uso na odontologia e como acaricida

DISPONÍVEL: http://revistapesquisa.fapesp.br/2018/01/16/planta-ecletica/
ACESSO: 30/01/2018 as 11:42

Originário da região amazônica, o jambu (Acmella oleracea) é uma hortaliça muito utilizada na culinária do norte do Brasil, principalmente no Pará, em pratos famosos como o tacacá e o pato no tucupi. Além da alimentação, a planta é usada pelos povos indígenas e ribeirinhos como analgésico e anestésico para tratar aftas, herpes, dores de dente e garganta. Duas outras propriedades conhecidas dessa planta, a de fungicida e de combate a ácaros, despertaram o interesse de alguns pesquisadores com o objetivo de desenvolver medicamentos.

A analgesia é a característica do jambu que atrai maior atenção, tanto nos apreciadores das iguarias, que sentem a dormência na boca durante a refeição, como nos pesquisadores. Já se sabe, desde os anos 1950, que os efeitos anestésicos e analgésicos são provocados pela substância espilantol, embora não existam medicamentos comerciais com essa base. São informações que fizeram o farmacêutico industrial Rodney Alexandre Ferreira Rodrigues, professor do Centro Pluridisciplinar de Pesquisas Químicas, Biológicas e Agrícolas (CPQBA) e da Faculdade de Odontologia de Piracicaba (FOP), ambos da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), desenvolver um filme (película fina) odontológico em colaboração com a mestranda Verônica Santana de Freitas-Blanco.

“Nosso objetivo foi produzir um pré-anestésico de uso oral para o paciente suportar a dor da agulha na anestesia”, explica Rodrigues. “Purificamos o extrato da planta e produzimos um filme para incorporar o produto. Hoje, o extrato também está em testes em nosso laboratório para o uso no combate à mucosite – inflamação nas partes internas da boca e da garganta, que é um efeito colateral em pacientes de quimioterapia.”

Rodrigues conta que seu grupo desenvolveu um processo para a obtenção do extrato de jambu com melhor aproveitamento do espilantol. De acordo com ele, o método, já com pedido de patente depositado no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (Inpi), é mais simples e rápido do que os tradicionais, porque possui poucas etapas e utiliza reagentes atóxicos e mais baratos. “Outra vantagem é que nosso processo de purificação elimina pigmentos verdes da clorofila, que dão uma cor indesejada ao extrato, principalmente para uso cosmético”, explica Rodrigues. “Essa coloração não é bem-aceita pelo mercado.”

A Unicamp licenciou a patente do processo de extração do extrato de jambu para a empresa Brasil Aromáticos, de São Paulo, que pretende usá-lo em um futuro próximo. Hoje, a empresa compra no mercado, para uso em cosméticos, o quilo do extrato comum, sem purificação, por R$ 10 mil. “Licenciamos a patente e agora estamos verificando a possibilidade de fazer uma fábrica de extratos e incentivar a plantação de jambu aqui na região Sudeste”, conta Raquel da Cruz, sócia-fundadora da Brasil Aromáticos. “Nossa estimativa é de que o preço do quilo fique em torno de R$ 3 mil.” A empresa, que fatura R$ 2,5 milhões por ano e exporta seus produtos para vários países, utiliza o extrato de jambu em um lubrificante sexual.

Contra carrapatos

O processo de produção do extrato de jambu desenvolvido na Unicamp também está sendo usado para a elaboração de produtos acaricidas, capazes de controlar os carrapatos do boi, o Rhipicephalus microplus, e do cavalo, o Amblyomma cajennense, conhecido como carrapato-estrela. O estudo, iniciado em 2015, é do doutorando em ciências biológicas Luís Adriano Anholeto, da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Rio Claro, sob a orientação das professoras Maria Izabel Camargo-Matias e Patrícia Rosa de Oliveira.

Os resultados até agora obtidos por Anholeto demonstram que o extrato do jambu afeta as células germinativas dos carrapatos (tanto dos machos como das fêmeas), comprometendo a reprodução desses âcaros. Segundo ele, a partir da obtenção desse novo conhecimento, abre-se a possibilidade de futuramente ser criado um acaricida de origem vegetal. “A ideia é desenvolver um produto que cause menos danos aos animais e ao ambiente do que os disponíveis no mercado”, explica Anholeto.

A pesquisadora da área de sanidade animal Karina Neoob de Carvalho Castro, da Embrapa Meio-Norte, uma unidade da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), localizada em Parnaíba (PI), também trabalha em conjunto com o grupo da Unesp e pretende desenvolver um repelente natural com jambu. Os estudos começaram em 2012 e são realizados em parceria com outras unidades da Embrapa e universidades. “Foi produzido um extrato com ação acaricida sobre fêmeas e larvas de carrapato em testes em laboratório”, conta Karina. “Em 2014, mostramos que o extrato prejudica a reprodução de fêmeas de carrapato ingurgitadas – que estão prontas para fazer a postura de 3 mil ovos, em média – com uma eficácia de até 98,2%.” Com isso, a Embrapa pretende desenvolver um repelente com jambu que possa ser utilizado em animais jovens, que são aqueles mais sensíveis aos produtos convencionais.

Sob a liderança da bióloga Ana Carolina Chagas, os pesquisadores vão avaliar a estabilidade de uma formulação nos animais, em análises toxicológicas e testes pré-clínicos. Karina ressalta que muitos produtos vindos da natureza, não sintéticos, necessitam de desenvolvimento de formulações que possam manter a vida útil do repelente em atividade nos animais. A parceria entre a Embrapa e universidades poderá render um repelente inédito produzido com recursos da biodiversidade da Amazônia.

Projetos

1. Desenvolvimento e avaliação de formulações tópicas contendo espilantol para uso no tratamento da mucosite oral (nº 14/16186-9); Modalidade Auxílio à pesquisa – Regular; Pesquisador Responsável Rodney Alexandre Ferreira Rodrigues (Unicamp); Investimento R$ 89.983,26.

2. O jambu (Acmella oleracea) e sua ação acaricida: I. Estudo dos efeitos sobre a morfofisiologia dos sistemas reprodutores masculino e feminino de Amblyomma cajennense (Fabricius, 1787) (Acari: Ixodidae) (nº 15/01496-5); Modalidade Bolsa de Doutorado; Pesquisadora Responsável Maria Izabel Souza Camargo (Unesp); Bolsista Luís Adriano Anholeto; Investimento R$ 125.702,46.

Artigos científicos

FREITAS BLANCO, V. S., FRANZ-MONTAN, M. et al. Development and evaluation of a novel mucoadhesive film containing acmella oleracea extract for oral mucosa topical anesthesia. PLOS ONE. On-line. set. 2016.

CASTRO, K. N. C.; ANHOLETO, L. A. et al. Cytotoxic effects of extract of acmella oleraceae (Jambu) in rhipicephalus microplus females ticks. Microscopy research and technique. On-line. ago. 2016. 

EM: Pesquisa/FAPESP ED. 263 | JANEIRO 2018

Entomologista defende o uso do controle biológico para combater pragas da lavoura

DISPONÍVEL: http://revistapesquisa.fapesp.br/2017/11/24/jose-roberto-postali-parra-agricultor-dos-insetos/?cat=entrevista
ACESSO: 30/01/2018

No final de 2014, ao completar 70 anos, o engenheiro-agrônomo José Roberto Postali Parra aposentou-se compulsoriamente da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq), unidade da Universidade de São Paulo (USP) em Piracicaba da qual fora diretor. Mas o especialista em controle biológico de pragas agrícolas nem cogitou abandonar suas pesquisas no Departamento de Entomologia e Acarologia da escola. “Batalhei a vida toda e não vou parar de trabalhar agora que chegou a vez de o controle biológico se firmar na agricultura brasileira”, comenta. Essa forma de combate a pragas que afetam as plantações usa os próprios inimigos naturais, como insetos, ácaros e até microrganismos, para atacar os problemas da lavoura. Em vez de lançar mão de um inseticida químico, cujo uso abusivo pode ser nocivo para o homem e o ambiente, o agricultor tenta destruir ou ao menos reduzir a presença do agente agressor com o auxílio, por exemplo, de uma pequena vespa ou de um fungo presente na natureza.

Parra dedicou mais de quatro décadas de pesquisa para entender a biologia e a interação com o meio ambiente de inimigos naturais de pragas, como a broca-da-cana-de-açúcar e o greening dos laranjais, e desenvolveu métodos para reproduzir em laboratório insetos e ácaros que têm prestado um bom serviço ao homem do campo. Ponderado, admite que o controle biológico não é a solução para todas as pragas, mas pode ser útil e ajudar a diminuir o emprego de agroquímicos na lavoura. “O Brasil é o campeão mundial no uso de produtos químicos na agricultura”, diz. “Nosso agricultor tem essa cultura.” Nesta entrevista, Parra conta histórias de insetos e de pragas da lavoura nacional e comenta sobre temas importantes da agricultura brasileira, como o emprego de variedades transgênicas e a adoção de práticas orgânicas.

Idade

73 anos

Especialidade

Controle biológico de pragas na agricultura

Formação

Graduação em engenharia agronômica (1968), mestrado (1972) e doutorado (1975) em entomologia pela Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz da Universidade de São Paulo (Esalq-USP)

Instituição

Esalq-USP

Produção científica

341 artigos científicos, 20 livros escritos ou organizados, orientou 61 mestres e 50 doutores

Sua trajetória envolve muitas mudanças. O que conduz esses movimentos? Em qual cultivo o controle biológico é mais empregado no Brasil?

A cana-de-açúcar é o exemplo clássico. Hoje se planta entre 9 e 10 milhões de hectares de cana em São Paulo. Quase metade da área de cana paulista é controlada biologicamente. O combate à mariposa conhecida como broca-da-cana [Diatraea saccharalis] e à cigarrinha Mahanarva fimbriolata, uma praga que ataca a raiz da planta, é feito dessa forma. A lagarta da broca é destruída com a liberação da vespinha Cotesia flavipes, um inseto de Trinidad e Tobago que foi introduzido no país em 1971. A Cotesia é usada em 3,5 milhões de hectares de cana. A vespinha Trichogramma galloi, com que trabalho, tem sido utilizada para combater o ovo da broca em cerca de 500 mil hectares de cana. Podem ser empregados diferentes inimigos naturais para atacar diferentes fases dessas pragas. As fases de desenvolvimento dos insetos são ovo, lagarta, pupa e adulto. Para o controle da cigarrinha da cana, é usado um fungo chamado Metarhizium anisopliae.

Quais outras culturas têm usado esse método?

Tem uma história interessante que envolve o controle biológico do greening dos citros, doença também conhecida na Ásia como HLB ou Huanglongbing, que deixa amareladas as folhas da laranjeira, secando as plantas. O greening é causado pelas bactérias Candidatus Liberibacter que são transmitidas às plantas por um pequeno inseto, o psilídeo Diaphorina citri. Por causa do greening, os citricultores começaram a aplicar inseticida no pomar de 20 a 30 vezes ao ano, de forma desenfreada, para matar o psilídeo. Nós tentamos fazer o controle biológico por meio da soltura de vespinhas da espécie Tamarixia radiata, que é originária da Ásia, mas foi encontrada aqui em São Paulo. Liberávamos as vespas nos pomares, mas elas morriam. Os pomares tinham greening, mas não tinham o psilídeo Diaphorina citri.

Por que então havia a doença?

Descobriu-se que os focos primários da doença vinham de áreas que estavam fora dos pomares, de áreas orgânicas, de fundo de quintal, de murta, planta hospedeira do psilídeo, e de pomares abandonados. O Fundecitrus [Fundo de Defesa da Citricultura] estimou que essas áreas vizinhas chegavam a 12 mil hectares. Começamos então a liberar as vespas nessas áreas para evitar os focos primários. Deu resultado. Hoje a empresa Citrosuco tem cinco biofábricas de vespas, a Fundecitrus tem outra e há um agricultor começando a criação desses insetos. Agora, os citricultores põem na beirada do pomar iscas, armadilhas amarelas com cola, que detectam o momento em que o psilídeo chega no laranjal. Na Flórida, Estados Unidos, o greening praticamente acabou com a citricultura. Eles sabiam fazer o controle biológico, mas não o fizeram. Achavam que apenas melhorando a nutrição da planta conseguiriam combater a doença. Sozinho, o controle biológico não resolve todos os problemas. Ele é um dos componentes do MIP, o Manejo Integrado de Pragas, que apareceu entre o fim dos anos 1960 e o início dos 1970. É preciso usar mudas sadias, erradicar as plantas doentes e aplicar o inseticida sem exageros.

Os Estados Unidos não são fortes em controle biológico de pragas?

Na verdade, eles não usam tanto o controle biológico como preconizam nos livros que publicam sobre o tema. A cultura deles também é de uso de produtos químicos. Isso vale até na Califórnia. O MIP foi uma política pública iniciada na era de Richard Nixon [presidente de 1969 a 1974]. Vieram outros presidentes e, no final do governo Clinton [1983-1992], ficou estabelecido que 75% dos agricultores americanos teriam de fazer MIP. Mas eles só atingiram de 4% a 8%. Não é fácil. Hoje há grandes empresas de controle biológico. A líder é a Koppert, holandesa. A segunda é a Biobest, belga. A terceira é a BioBee, de Israel. Atualmente as grandes multinacionais de inseticidas, como Bayer, Syngenta e Monsanto, também têm empresas de controle biológico. Onde se utiliza mais esse sistema é na Europa, sobretudo na Holanda e Espanha. O momento é mágico para o Brasil no controle biológico. Estou aposentado, fiz 70 anos no fim de 2014. Mas não paro de trabalhar por causa disso. Batalhei a vida toda e agora que é o momento de o controle biológico se firmar não vou parar.

Mais recentemente uma vespa passou a ser usada para combater uma lagarta que ataca várias culturas no Brasil Central. A abordagem está dando certo?

Em março de 2013, apareceu uma praga importante, a lagarta Helicoverpa armigera, em lavouras de Goiás. Ela ataca até 200 plantas hospedeiras e afeta cultivos como o de soja, algodão, laranja, café, entre outros. Não havia como controlar essa lagarta com produtos químicos. Os agricultores tiveram de usar o controle biológico, com o emprego de um vírus, o NPV, que combate a própria lagarta, ou de vespinhas do gênero Trichogramma, que atacam seus ovos. O problema é que, na ocasião, não havia disponibilidade de insetos para que todos usassem esse método. Agora começam a surgir empresas no Brasil dedicadas a fornecer produtos biológicos para esse mercado. Apenas dentro do programa Pipe [Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas] da FAPESP, há 11 startups de controle biológico. A empresa Bug, de Piracicaba, saiu do meu laboratório. A ProMIP, que trabalha mais com ácaros, também se originou na Esalq, a partir dos trabalhos do professor Gilberto Moraes. Os jovens estão muito entusiasmados em montar empresas. Mas fico preocupado. Se as empresas não forem profissionalizadas, podem denegrir a imagem do controle biológico. Nosso trabalho tem de ser lento, mas seguro. Não se pode ter pressa. Quando há um erro, o agricultor demora para voltar ao controle biológico.

Houve algum episódio emblemático nesse sentido no Brasil?

Ocorreu algo assim na década de 1970 com o fungo Metarhizium. Um italiano que era assessor da FAO [Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura], Pietro Guagliumi, introduziu esse fungo no Nordeste, onde havia o problema da cigarrinha-da-cana-de-açúcar. Mas lá o problema era mais na folha da planta, enquanto em São Paulo era no sistema radicular. As cigarrinhas que causam esses problemas são muito parecidas. Começaram a usar o fungo no Nordeste e foi um sucesso. Mas logo surgiram empresas não sérias, que passaram a vender fungos contaminados. Depois disso, o controle biológico passou a não funcionar. Demorou anos para que o método voltasse a ser usado não só na região, mas em todo o Brasil.

Que tipo de pragas agrícolas podem ser combatidas pelo controle biológico e quais não podem?

O MIP é como se fosse uma casa, que tem o alicerce composto por alguns itens. Tem que conhecer a influência do clima, a praga e o momento de controlá-la. Há quem confunda o inimigo natural com a praga agrícola. O inimigo natural também faz parte desse alicerce. É o responsável pelos níveis de mortalidade natural em um agrossistema. A praga tem um inimigo natural e este também tem outro inimigo natural. Existe uma cadeia trófica. Tudo estaria em equilíbrio se não estivéssemos plantando um monte de soja, de cana, para atender as necessidades da alimentação humana. A monocultura causa desequilíbrios. Acima do alicerce da casa estão os métodos de controle das pragas, como o biológico, que podem usar também feromônios, o plantio de diferentes culturas agrícolas, produtos químicos e plantas transgênicas. Todas essas medidas visam manter as pragas em um nível abaixo do dano econômico, levando-se em conta, além do aspecto econômico, critérios sociais e ecológicos. Como disse, o controle biológico não é a solução para todos os problemas. Existem culturas em que pode ser mais utilizado e outras em que será menos. Em culturas em que há muitos insetos, é difícil usar o controle biológico. Nesse caso, a solução é usar produtos químicos seletivos, que matam a praga, mas não o inimigo natural. Há tabelas disponíveis para os agricultores com a recomendação desses produtos em diversas situações. Em algumas culturas, como batata, tomate e até algodão, os agricultores brasileiros empregam muito inseticida.

Essa é uma questão mais econômica ou cultural?

O Brasil é o campeão no uso de produtos químicos na agricultura. O país tem uma cultura exclusivamente química, algo difícil de mudar. Esse é o grande problema. O agricultor diz que o avô e o pai sempre usaram inseticida. Ele quer ver o inseto que ataca a lavoura morto no chão depois de aplicar o veneno. Temos menos tradição de controle biológico que outros países da América Latina, como Peru, Colômbia e Venezuela, que foram muito motivados por pesquisadores da Califórnia. Nossa agricultura foi muito influenciada por quem trabalhava com produtos químicos. O DDT foi sintetizado em 1939 e se imaginou que todos os males da agricultura seriam resolvidos. Aí surgiu um grave problema. Houve desequilíbrios biológicos, poluição de águas. A bióloga americana Rachel Carson fez um livro famoso sobre esse tema em 1962, Primavera silenciosa. De 1940 aos anos 1960, houve um período negro para o controle biológico de pragas. Até que surgiu o MIP, que foi uma resposta da comunidade científica ao uso inadequado de defensivos, uma forma de controlar as pragas levando-se em conta os aspectos econômicos, que não podem ser deixados de lado, mas também os ecológicos e sociais.

Quando surgiu o controle biológico?

Ele é milenar. Os chineses usavam inimigos naturais para controlar pragas de citros antes de Cristo. O controle biológico como conhecemos hoje começou, na verdade, em 1888 na Califórnia. Riverside e Berkeley são os dois grandes centros. Existia ali uma praga séria de citros, o chamado pulgão-branco, que, na verdade, é uma cochonilha, a Icerya purchasi. Os americanos foram à Austrália, que era o provável local de origem do pulgão, pegaram a chamada joaninha-australiana (Rodolia cardinalis) e a introduziram na Califórnia. No ano seguinte, o caso foi considerado um sucesso. No Brasil, importamos o primeiro inseto em 1921. Foi introduzida em São Paulo uma vespa dos Estados Unidos, a Encarsia berlesei, que parasita a cochonilha-branca do pessegueiro. Mas a tentativa não deu certo. Houve vários episódios assim. Por volta de 1924, apareceu a broca-do-café, Hypothenemus hampei, um pequeno besouro de origem africana que ataca essa cultura. Pesquisadores do Instituto Biológico e um professor da Esalq, Salvador de Toledo Piza Júnior, foram para a África e trouxeram uma vespa de Uganda, a Prorops nasuta, mas o controle da praga não deu muito certo. Por coincidência, há uns 20 anos me procuraram porque acharam essa vespa na região de Ribeirão Preto. Eles queriam multiplicá-la, já que hoje há técnicas para criá-las.

Naquela ocasião, a técnica de criação dessa vespa também foi importada?

Naquele tempo, não tinha técnica de criação. Era a época do chamado controle biológico clássico, em que tudo era feito de forma rudimentar, sendo possível criar alguns insetos de forma artesanal e sem nenhuma tecnologia. O pesquisador ia ao local de origem da praga, pegava seus inimigos naturais e os introduzia na plantação em que havia o problema. Como não existiam técnicas de criação dos insetos, eram introduzidos poucos inimigos naturais. Por isso, essa introdução é chamada de liberação inoculativa. Quando se libera uma pequena quantidade, não se tem uma resposta imediata. Os insetos precisam se multiplicar na natureza. Essa situação gerou uma imagem de que o controle biológico só dava resultado a longo prazo e em culturas perenes ou semiperenes. Hoje são usados mais os inimigos nativos, pois há muitas restrições para importar insetos.

O senhor tem a patente da produção de um semioquímico, um feromônio sexual usado no controle de uma praga de citros. Como isso foi obtido?

Quem trabalha mesmo com feromônios é o José Maurício Simões Bento, meu colega de departamento na Esalq e vice-coordenador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Semioquímicos na Agricultura, do qual sou coordenador. Temos uma patente do feromônio, que é usado no controle da mariposa Gymnandrosoma aurantianum, conhecida como bicho-furão dos citros. Essa mariposa coloca ovos no fruto e, quando eclodem, as lagartas penetram na laranja, que apodrece e cai. A fêmea dessa espécie produz uma substância, um feromônio, que atrai o macho para o acasalamento. Estudamos o comportamento sexual da fêmea para saber onde ela acasala na árvore e aprendemos a sintetizar em laboratório seu feromônio. Criamos uma armadilha com uma pastilha que libera aos poucos essa substância sintetizada e a colocamos na laranjeira. Assim, enganamos o macho e o atraímos para a armadilha. Essa pastilha foi criada por nossos parceiros da Universidade de Tsukuba, no Japão. Ela é envolta por um plástico – uma grande ideia tecnológica – que controla a liberação da substância por 30 dias. Se retirar o plástico, toda a liberação ocorre em um dia. Houve agricultores que arrancaram o plástico e vinham reclamar que o método não funcionava. Tivemos de fazer palestras e convencer o pessoal a não retirá-lo. Em 10 anos, com o uso desse método de controle biológico, que custou US$ 50 mil dólares para ser desenvolvido, os agricultores paulistas deixaram de gastar US$ 1,3 bilhão com a aplicação desnecessária de inseticidas.

Esses casos de controle com sucesso econômico estimulam a pesquisa na área?

Outro dia estava falando com o presidente da Koppert, que está presente em 27 países e tem uma filial em Piracicaba. Ele me disse que usam controle biológico em 90% ou 95% das casas de vegetação da Holanda. São casas grandes, com 10 ou 20 hectares. Mas não dá para comparar com o Brasil. Aqui, no Centro-Oeste, apenas um produtor, por exemplo, pode ter 100 mil hectares de soja. Sempre digo em palestras que o Brasil é indiscutivelmente líder em agricultura tropical. Mas, em razão de nossas grandes extensões, a agricultura tropical é perversa para o controle biológico. Temos de desenvolver um modelo para o controle biológico tropical. Não dá para liberar insetos manualmente em 100 mil hectares. Tem de usar drone, avião. Não dá para andar em 100 mil hectares de soja para saber a hora certa de liberar os insetos. É necessário sensoriamento remoto para acompanhar essa questão. Ainda estamos engatinhando nisso. Mas nossos programas de controle biológico estão entre os maiores do mundo em termos de área manejada.

Como surgiu seu interesse pela entomologia?

Fiz o científico [uma das variações do antigo ensino médio, com ênfase nas ciências exatas e naturais], tinha uma tendência muito forte para a área biológica e imaginava ser médico. Morava em Campinas e era vizinho do IAC [Instituto Agronômico]. Minha casa era a primeira depois do IAC. No último ano do científico, participei de uma excursão à Esalq e me encantei pela escola. Fiz o cursinho e fui estudar agronomia lá em 1964, sempre com a ideia de ficar no IAC. Durante a faculdade, eu ia para o instituto nos fins de semana e nas férias, quando estava em Campinas. No segundo ano de agronomia, comecei a trabalhar com entomologia. Fui bolsista de iniciação científica do CNPq [Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico]. Quando me formei, em 1968, tinha até uns trabalhinhos publicados. Entrei no IAC meio ano depois de formado através de um concurso.

No IAC já trabalhavam com controle biológico?

Comecei em uma área um pouco diferente, que é a resistência de plantas a insetos, com a broca-do-algodoeiro [Eutinobothrus brasiliensis]. Fiz o mestrado lá, mas frequentava a Esalq. Eu buscava o genótipo do algodoeiro que é resistente à broca. Mas acabei saindo da área de entomologia e fui para a de climatologia do IAC estudar a influência dos fatores climáticos no desenvolvimento de insetos. Ainda trabalhando no IAC, fiz o doutorado também na Esalq sobre o bicho-mineiro-do-café, a mariposa Leucoptera coffeella, que ataca as folhas desse cultivo. Em 1974, fui convidado para ir à Esalq. Naquela época, não havia concurso na universidade. Fui a convite e comecei a trabalhar com biologia de insetos. Em seguida, entre 1977 e 1978, fiz pós-doutorado na Universidade de Illinois, nos Estados Unidos. Depois que voltei ao Brasil comecei a trabalhar com controle biológico. Na Esalq, já havia uma tradição de controle biológico em entomologia. O professor Domingos Galo, catedrático, já o usava no cultivo de cana-de-açúcar. Durante o pós-doc nos Estados Unidos, estudei dietas artificiais para insetos. Fui pioneiro nessa área no Brasil, que é a base para o controle biológico. Para criar o inimigo natural, é preciso saber como criar a praga. Desenvolvi essa área, que era tabu no Brasil, pois os componentes eram todos importados. Tive de desenvolver uma tecnologia de criação adaptada às nossas condições.

Hoje existem leis que regulam o uso do controle biológico no país?

Como existe muito desconhecimento, nossas leis são totalmente baseadas no uso de produtos químicos. Queriam pôr até caveira nos produtos biológicos como se faz com os químicos. O processo de aprovação é demorado, mas está melhorando. Hoje há 41 produtos biológicos à espera de aprovação dos três órgãos públicos responsáveis por esse processo, o Mapa [Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento], a Anvisa [Agência Nacional de Vigilância Sanitária] e o Ibama [Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis]. Há também uma entidade que reúne as empresas do setor, a Associação Brasileira de Controle Biológico, mais conhecida como ABCBio, da qual participo como integrante do comitê técnico. Damos conselhos sobre como fazer o controle de qualidade do setor. Não se pode deixar que as empresas cuidem disso, tem de ser feito por um órgão ligado a uma universidade ou a algum centro de pesquisa. Hoje ainda não existe um controle de qualidade independente para os produtos biológicos.

O senhor participa de alguma dessas empresas?

Não. Acompanhei e incentivei a formação da Bug. No Brasil todo, dizem que sou dono da empresa, mas é porque ela saiu de ex-alunos e de um técnico que trabalhou em meu laboratório. Hoje existem diversas empresas e tenho apenas ligações científicas com todas elas.

Qual sua opinião sobre a agricultura orgânica?

Ela pode ter seu espaço. Hoje há até grandes grupos econômicos nesse setor. Mas acho que falta conhecimento de quem pratica esse tipo de agricultura. Não há muitas possibilidades para ser exclusivamente orgânico. As pessoas têm muitas dúvidas. Mas é um mercado interessante, com potencial. Falta pesquisa na área. Tem muito romantismo, poesia e ideologia.

Os produtores orgânicos usam controle biológico?

Que eu saiba, usam pouco. Falam muito, mas usam pouco.

O senhor acha que a agricultura orgânica pode ser uma alternativa de produção em larga escala ou ela se presta a projetos pequenos?

Essa questão tem a ver com os desafios de desenvolver um controle biológico tropical. Como as áreas orgânicas não são tão grandes, seria até mais fácil usar o controle biológico nessas propriedades. Mas, na agricultura orgânica, há questões problemáticas com relação ao crescimento da planta, pois não usam fertilizantes e o cultivo apresenta menos vigor. A não utilização de insumos os leva a lidar com outros problemas e o controle biológico acaba passando despercebido. Há pouca gente no mundo pesquisando a agricultura orgânica.

O senhor é a favor dos cultivos transgênicos?

Hoje na literatura científica não há, por enquanto, nenhum malefício atribuído aos transgênicos. Acho que eles são uma medida de controle como outra qualquer, mas têm um período de eficácia limitado. Em pouco tempo, há seleção de insetos resistentes ao transgênico e será necessário produzir outro transgênico. É como ocorre com as antigas variedades de cultivo que acabam sendo substituídas por novas variedades, mais resistentes a pragas. Não sou contra o transgênico; sou contra dizer que é a solução de todos os problemas. A cana transgênica não vai ser o fim do controle biológico no setor, como alguns dizem. Sempre “surgem” pragas resistentes. A soja transgênica controla a lagarta Helicoverpa armigera, mas não o percevejo e outras pragas. Para esses, será necessário adotar alguma outra medida biológica. 

POR: MARCOS DE OLIVEIRA e MARCOS PIVETTA | ED. 261 | NOVEMBRO 2017

Células solares de perovskita podem ser uma alternativa mais barata e eficaz aos módulos de silício que dominam o mercado mundial de painéis fotovoltaicos

 DISPONÍVEL: http://revistapesquisa.fapesp.br/2017/10/25/luz-mais-eficiente/?cat=tecnologia
ACESSO: 19/12/2017 as 20:10

      Uma nova geração de células solares feitas a partir de um material sintético cristalino conhecido como perovskita foi escolhida como uma das 10 tecnologias emergentes de 2016 pelo Fórum Econômico Mundial, organização suíça que reúne anualmente líderes empresariais e políticos para discutir questões globais. O material tem provocado entusiasmo entre cientistas por causa de sua elevada capacidade de converter fótons em elétrons, gerando eletricidade. Em julho deste ano, o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (Unist), na Coreia do Sul, anunciou a produção em escala laboratorial de células solares de perovskita com eficiência energética de 22,1%, um recorde. Esse índice, obtido em células de pequena dimensão, menores do que os modelos comerciais, supera o dos painéis de silício, que dominam o mercado, com 90% das vendas. A taxa de conversão deles situa-se entre 15% e 20%, dependendo do grau de pureza do silício usado na construção dos módulos.

      Fabricantes de painéis solares e vários grupos de pesquisa no mundo, inclusive no Brasil, trabalham no aprimoramento dessa tecnologia, que ainda precisa superar alguns obstáculos, como a baixa durabilidade, para chegar ao mercado consumidor. No Reino Unido, a Oxford Photovoltaics, uma spin-off da Universidade de Oxford, montou células de perovskita com índice de eficiência de 20% e trabalha com a possibilidade de acoplá-las aos painéis de silício para elevar a conversão de energia. O fundador da empresa, o físico Henry Snaith, foi um dos primeiros cientistas a reconhecer o potencial do material como conversor de luz solar em eletricidade. A Oxford Photovoltaics espera lançar os primeiros modelos comerciais dessas células no fim de 2018, segundo revelou Frank Averdung, presidente da companhia, à agência de notícias Bloomberg em março deste ano.

      “As células solares de perovskita são uma tecnologia recente e promissora”, atesta o químico Rodrigo Lopes Sauaia, presidente-executivo da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (Absolar), entidade que reúne empresas do setor. “É positivo que existam inovações e projetos em desenvolvimento como esse no segmento fotovoltaico, ainda mais no Brasil, um país com enorme potencial de geração de energia solar”, diz. A produção nacional desse tipo de energia no país ainda é pequena, de 176 megawatts (MW), e corresponde a 0,1% da matriz elétrica, mas tem crescido em ritmo acelerado. “Até o fim do ano deve atingir 1 gigawatt (GW)”, informa Sauaia. Em junho, começou a operar o Parque Solar da Lapa, no sertão baiano, o maior do país, com capacidade para produzir 158 MW, o suficiente para atender às necessidades de 166 mil famílias por ano.

     A perovskita usada em células solares é um material semicondutor, de fórmula química CH₃NH₃PbI₃, cuja estrutura se assemelha à do mineral titanato de cálcio (CaTiO₃) descoberto nos Montes Urais, na Rússia, em 1836. Esse mineral foi batizado de perovskita em homenagem ao mineralogista russo Lev Alexeievitch Perovski (1792-1856). A matéria-prima empregada na produção das células não é retirada da natureza, mas sintetizada em laboratório. Elas são construídas em camadas, com diferentes filmes finos com composição química e funções diferentes.

      A evolução dessa tecnologia em curto espaço de tempo chama a atenção dos cientistas. Quando a perovskita foi aplicada pela primeira vez a uma célula solar, em 2009, o índice de conversão de luz em energia elétrica era inferior a 4%. Menos de uma década depois, esse percentual cresceu mais de cinco vezes e deve continuar evoluindo. Os professores Yang Yang, da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, nos Estados Unidos, e Jingbi You, do Instituto de Semicondutores da Academia Chinesa de Ciências, estimam que essas células solares devem alcançar 25% de eficiência energética em dois anos, segundo artigo publicado na revista Nature de abril deste ano. As pastilhas de silício, por sua vez, já estão no mercado há mais de 50 anos e parecem ter atingido seu limite. Nos últimos 15 anos, não foram registrados grandes progressos em sua taxa de conversão.

Grau de pureza
      As células de perovskita também são mais baratas e fáceis de produzir do que as de silício. “Para que se obtenha alta eficiência energética, as células de silício precisam ter um grau de pureza muito elevado, o que aumenta o consumo de energia durante a fabricação e eleva seu custo”, explica a química Ana Flávia Nogueira, professora do Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e líder de um dos grupos de pesquisa desse tipo de dispositivo no país, o Laboratório de Nanotecnologia e Energia Solar (LNES). A pureza do silício é necessária porque pequenas imperfeições no cristal interferem em sua capacidade de transformar a luz absorvida em eletricidade.

      Já as células solares de perovskita não requerem elevada pureza, uma vez que defeitos em sua estrutura não reduzem sua eficiência. Elas são feitas com compostos químicos baratos e podem ser elaboradas com métodos simples que reduzem seu custo. Além disso, o processo produtivo não contribui para o aquecimento global. Durante a produção das lâminas de silício, o dióxido de silício (SiO₂), matéria-prima básica do dispositivo, precisa ser fundido a altas temperaturas, em torno de 1.500 °C, liberando dióxido de carbono (CO₂) na atmosfera. “A fabricação das células de perovskita não emite CO₂”, diz a pesquisadora da Unicamp.

      O grupo de Ana Flávia Nogueira foi o primeiro a fazer células solares de perovskita no Brasil, em 2016. “Esse estudo começou com a dissertação de mestrado do químico Rodrigo Szostak. Não foi difícil iniciar o desenvolvimento dessas células, já que nosso laboratório pesquisa desde 2004 células solares orgânicas e células sensibilizadas por corantes, duas tecnologias que serviram de inspiração para as células de perovskita”, conta a pesquisadora. O dispositivo desenvolvido no LNES já atinge valores de eficiência próximos a 16% e deve alcançar 18% até o fim do ano.

       Outra característica das células solares de perovskita é sua espessura, em torno de 1 micrômetro (a milionésima parte do metro), diante de cerca de 180 micrômetros das pastilhas de silício. “Elas são produzidas na forma de filmes ultrafinos e podem ser semitransparentes, o que poderá levar à fabricação de painéis leves e flexíveis, permitindo uma quantidade maior de aplicações”, afirma a química Silvia Letícia Fernandes, que fez seu doutorado sobre o tema. Um dos problemas das células fotovoltaicas de silício é que elas são pesadas e rígidas, o que dificulta e limita os lugares de instalação dos módulos solares.

      Silvia defendeu no ano passado pela Universidade Estadual Paulista (Unesp) a tese de doutorado “Desenvolvimento de células solares de perovskita baseadas em filmes de óxidos nanoestruturados”, sob orientação da professora Maria Aparecida Zaghete, do Instituto de Química da Unesp de Araraquara. O trabalho teve apoio do professor Carlos Frederico de Oliveira Graeff, da Faculdade de Ciências da Unesp de Bauru, para preparação das células solares. Maria Aparecida e Graeff são pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid) apoiados pela FAPESP.

Calcanhar de aquiles
        Mesmo com tantas vantagens, as células de perovskita ainda precisam vencer desafios para se tornar um produto comercial e disputar espaço no mercado de energia solar fotovoltaica. O principal deles é a baixa durabilidade do material. “Esse é o calcanhar de aquiles”, admite o químico Rodrigo Szostak, do grupo de pesquisa da Unicamp. “Outro grande problema em relação ao silício é a estabilidade. A perovskita é sensível à água e à umidade, que causam sua degradação”, afirma. As primeiras células feitas no mundo com o material permaneciam estáveis por apenas alguns minutos, mas alterações em sua estrutura elevaram a durabilidade para pouco mais de um ano.

       Recentemente, o grupo do professor Michael Gratzel, da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, um dos mais avançados no estudo de células de perovskita, conseguiu fabricar módulos solares de 10 por 10 centímetros quadrados (cm²) por meio de um processo adaptado para produção industrial. Os dispositivos apresentaram eficiência de 11,2% e mostraram-se estáveis por mais de 10 mil horas (415 dias). Apesar do avanço, a durabilidade ainda é muito inferior à dos painéis de silício, que operam sem sofrer degradação por até 25 anos.

      Outro problema a ser superado é o uso de chumbo na montagem da célula, um elemento químico que traz riscos à saúde e ao ambiente. “O chumbo é sempre uma preocupação ambiental grande, mas a quantidade utilizada é muito pequena. Seu uso em células solares na forma de filmes finos seria muito menos impactante para o ambiente do que as baterias de chumbo-ácido usadas pela indústria automobilística”, frisa Silvia Fernandes. O problema poderia ser contornado com o descarte adequado e a utilização das células em locais seguros. “O uso do dispositivo em parques solares, com terreno preparado, tem baixo risco de causar dano ambiental”, afirma Ana Flávia.

Mais estável
       Para ajudar a contornar a baixa estabilidade das células de perovskita, o grupo da Unesp inseriu na composição da célula filmes de pentóxido de nióbio (Nb₂O₅), o que a tornou mais estável. “A célula solar é formada basicamente por um filme de perovskita e outros dois filmes, um responsável pelo transporte dos elétrons e outro pelo de buracos [um buraco é uma partícula caracterizada pela ausência de um elétron, tendo carga de mesmo valor, mas de sinal oposto à do elétron]. Esses elétrons e buracos gerados pela luz migram para lados opostos do material, criando uma tensão que pode ser usada para alimentar dispositivos elétricos”, explica Silvia. “A maioria das células usa como transportador de elétrons o dióxido de titânio [TiO₂]. Nós introduzimos o pentóxido de nióbio, que se mostrou muito eficiente e ainda melhorou a estabilidade.”

       O dispositivo montado na Unesp apresentou eficiência de até 15%. Parte do estudo foi feita no Laboratório Federal Suíço de Ciência e Tecnologia de Materiais (Empa), sob orientação do professor Frank Nüesch. “Em 2015, passei cinco meses no laboratório do professor Nüesch. Ele nos cedeu o espaço físico e a experiência na montagem das células. Nós utilizamos os filmes de pentóxido de nióbio preparados no Brasil e montamos as células lá. Hoje conseguimos fazer toda a montagem e caracterização dos dispositivos no Laboratório de Novos Materiais e Dispositivos (LNMD), com a mesma qualidade”, diz Silvia.

      Um terceiro grupo de pesquisa brasileiro, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), trabalha no aprimoramento das células solares de perovskita. A inovação foi acrescentar um aerogel de dióxido de titânio (ou titânia) na arquitetura do dispositivo a fim de elevar sua taxa de conversão. A pesquisa foi liderada pela equipe do físico Carlos Rambo, coordenador do Laboratório de Materiais Elétricos (Lamate) do Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica, e teve a parceria das físicas Maria Luísa Sartorelli e Françoise Toledo Reis, do Laboratório de Sistemas Nanoestruturados (LabSiN) do Departamento de Física.

      “O aerogel é um material conhecido como fumaça sólida por apresentar uma elevada área superficial e ser muito leve. Desenvolvemos pela primeira vez no mundo células solares de perovskita à base de aerogel”, afirma Rambo. “Adicionamos o aerogel de dióxido de titânio na arquitetura do dispositivo e duplicamos sua eficiência em relação ao de uma célula com camada compacta de titânia.”

        Para Rodrigo Sauaia, da Absolar, os esforços de pesquisa no Brasil e no mundo são fundamentais para melhorar as características físicas e químicas das células de perovskita e aperfeiçoar o processo produtivo. “O desafio atual é transformar células de pequeno porte, que apresentam bons resultados em bancada de laboratório, em produtos comerciais, produzidos em larga escala”, aponta Sauaia. De acordo com ele, o sucesso dessa nova tecnologia vai depender da existência de um módulo solar competitivo que atenda às exigências do mercado.

Maior poder de absorção
       Equipe do MIT usa nanotubos de carbono e cristais nanofotônicos para criar dispositivo solar mais eficiente

      Um grupo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), liderado pela engenheira mecânica Evelyn Wang, o físico Marin Soljacic e o aluno de doutorado David Bierman, está trabalhando em um novo tipo de célula solar, capaz, segundo eles, de gerar o dobro de energia do que os painéis de silício existentes. O segredo da nova tecnologia é sua elevada capacidade de absorção da radiação solar, de acordo com a publicação MIT Tech Review. As células fotovoltaicas modernas absorvem apenas comprimentos de ondas da luz na faixa do visível, do violeta ao vermelho; o restante é perdido. O dispositivo é capaz de absorver a energia de todo espectro solar para gerar eletricidade.

       Outra vantagem é que esse tipo de célula poderia ser eficiente também em dias sem sol. Embora dependa da radicação solar para gerar eletricidade, uma vez que o material absorvedor tenha captado essa luz, ele gera calor. Esse calor pode ser armazenado para produzir energia em dias nublados ou mesmo durante a noite. Em laboratório, o protótipo apresentou um índice de eficiência relativamente baixo, de 6,8%, mas seus inventores acreditam que ele tem potencial para evoluir.

      Alguns obstáculos precisam ainda ser ultrapassados, como o elevado custo de fabricação do novo sistema. Outro é que a tecnologia se mostre viável em condições ambientais normais, já que, até o momento, os testes foram realizados apenas no vácuo e não no ambiente. O novo dispositivo foi avaliado pela MIT Tech Review como uma tecnologia promissora.

Projetos
1. Nanoestruturas híbridas em células solares de terceira geração (3G) (nº 14/21928-4); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Pesquisadora responsável Ana Flávia Nogueira (Unicamp); Investimento R$ 291.986,83.
2. Desenvolvimento de células solares híbridas baseadas em filmes nanoestruturados de ZnO e Nb2O5 (nº 12/07745-9); Modalidade Bolsa de Doutorado – Brasil; Pesquisadora responsável Maria Aparecida Zaghete Bertochi (Unesp); Bolsista Silvia Letícia Fernandes (Unesp); Investimento R$ 106.393,98 e R$ 45.284,17 (Bolsa Estágio de Pesquisa no Exterior, nº 14/23336-7).
Artigos científicos
SZOSTAK, R. et. al. Understanding perovskite formation through the intramolecular exchange method in ambient conditions. Journal of Photonics for Energy. v. 7, n. 2. 24 mai. 2017.
FERNANDES, S. L. et. al. Nb2O5 hole blocking layer for hysteresis-free perovskite solar cells. Materials Letters. v. 181. 15 out. 2016.
PINHEIRO, G. K. et. al. Increasing incident photon to current efficiency of perovskite solar cells through TiO2 aerogel-based nanostructured layers. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and engineering aspects. v. 527, p. 89-94. 20 ago. 2017.




 YURI VASCONCELOS | ED. 260 | OUTUBRO 2017

Baterias de carros elétricos evoluem, mas ainda perdem em densidade energética para os combustíveis tradicionais

DISPONÍVEL: http://revistapesquisa.fapesp.br/2017/11/24/mais-energia/?cat=tecnologia
ACESSO: 19/12/2017 as 19:30

      O aumento da frota global de carros elétricos, que deverá representar 16% do total de automóveis em circulação no planeta em 2030, está gerando uma corrida na pesquisa e no desenvolvimento de novas baterias, a fonte de energia desses veículos. Um estudo do banco de investimentos Goldman Sachs mostrou que a demanda mundial por esse tipo de bateria deverá atingir US$ 40 bilhões (cerca de R$ 128 bilhões) por ano em 2025. O desafio é desenvolver um modelo mais barato, durável, seguro e capaz de armazenar mais energia, elevando a autonomia dos veículos elétricos. As baterias de lítio-íon, estado da arte no segmento, permitem que os motoristas rodem em média 250 quilômetros sem necessidade de recarga. O ideal é que esse patamar seja duplicado, equiparando os veículos elétricos à autonomia dos carros movidos a combustíveis fósseis e etanol.

     “Os esforços feitos nos últimos anos por fabricantes de baterias, indústria automobilística e centros de pesquisas resultaram em baterias com maior densidade energética [a quantidade de energia armazenada em função de sua massa ou volume]”, afirma o engenheiro eletricista Raul Beck, coordenador da Comissão Técnica de Veículos Elétricos e Híbridos da Sociedade de Engenheiros da Mobilidade (SAE Brasil) e responsável pela Área de Sistemas de Energia da Fundação Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações (CPqD), de Campinas (SP).

       Mesmo assim, os modelos mais avançados ainda estão longe de ter a mesma densidade de energia do etanol ou da gasolina. Enquanto as células de lítio armazenam cerca de 690 watts-hora (Wh) por litro (L), 1 litro de etanol hidratado possui aproximadamente 6.260 Wh de energia, e 1 litro de gasolina comum, cerca de 8.890 Wh. “Esses números mostram que a energia contida em 1 litro de etanol ou gasolina é bem maior do que a presente em [um volume de] 1 litro de bateria”, destaca o físico José Goldemberg, professor emérito da Universidade de São Paulo (USP) e presidente da FAPESP, especialista em energia. Seria preciso quase 13 litros de bateria para substituir 1 litro de gasolina. Embora em menor proporção, gasolina e etanol também são mais vantajosos do que a bateria quando se analisa o índice de conversão da energia para as rodas do veículo e se considera o volume que os respectivos sistemas de abastecimento ocupam no carro (tanque de combustível, mangueiras, tubulações etc., no caso de gasolina e álcool; e caixa eletrônica, refrigeração e ventilação, nas baterias). “Como a eficiência de conversão de energia da bateria para as rodas do carro elétrico é da ordem de 90%, 1 litro de bateria disponibiliza cerca de 430 Wh para as rodas”, aponta Beck, do CPqD. “Já a eficiência de conversão energética da gasolina e do etanol é muito menor, da ordem de 20%, mas, ainda assim, 1 litro de gasolina envia 1.420 Wh para as rodas, enquanto 1 litro de etanol disponibiliza 1.000 Wh.” Nesse cálculo, considerou-se que as células de lítio ocupam 70% do volume total da bateria e que gasolina e etanol representam 80% do volume do sistema de combustível dos veículos convencionais. Assim, um reservatório de 50 litros de gasolina precisaria ser substituído por uma bateria com um volume de cerca de 165 litros, ao passo que um tanque de 50 litros de etanol necessitaria ser trocado por uma bateria com um volume ao redor de 115 litros.

       José Goldemberg destaca que, além da limitação energética das baterias, os veículos elétricos precisam superar outros obstáculos, como a inexistência de uma rede de recarga e o fato de, em muitos países, principalmente na Europa, a eletricidade ser gerada pela queima de combustíveis fósseis, o que reduziria a vantagem ambiental dos elétricos. O mais eficaz para contornar o problema da poluição nos grandes centros urbanos causada pela fumaça exalada pelo escapamento dos veículos, segundo o físico, é usar motores de combustão interna acionados por um combustível renovável e limpo (não originário de fontes fósseis), como o etanol, produzido a partir de cana-de-açúcar no Brasil e de milho nos Estados Unidos.

Diferentes tecnologias
       Para Raul Beck, o etanol não é justificativa para que o Brasil deixe de acompanhar a trajetória de substituição dos carros a combustão por modelos movidos a bateria. “O veículo elétrico já é uma realidade e grande quantidade de recursos está sendo investida em vários países para melhorar o desempenho das tecnologias atuais de bateria”, conta. Ele explica que a vantagem das baterias de lítio-íon em relacão a outros modelos se dá porque o lítio tem um elevado potencial eletroquímico (capacidade de gerar energia a partir de reações químicas de óxido-redução) e é o metal mais leve e menos denso entre os elementos sólidos da tabela periódica.

         O lítio tem cerca de metade da densidade da água, ou seja, um bloco de 1 litro de lítio pesa 0,534 kg. “Com isso, é possível fazer baterias menores e mais leves, com alta densidade de energia”, ressalta a química Maria de Fátima Rosolem, pesquisadora da Área de Sistemas de Energia do CPqD. “Além disso, a bateria de lítio é constituída por materiais com baixo impacto ambiental e tem elevada vida cíclica [capacidade de sofrer sucessivas recargas e descargas].”

        Uma análise da evolução energética das baterias nos últimos anos mostra que as convencionais de chumbo-ácido, usadas em carros comuns, apresentam as menores densidades de energia gravimétrica (massa) e volumétrica, ou seja, são mais pesadas e maiores em comparação às demais tecnologias. Elas são seguidas das baterias de níquel-cádmio, usadas principalmente em pilhas recarregáveis de ferramentas elétricas, de níquel-hidreto metálico, empregadas em veículos elétricos nos anos 1990, quando ainda não existiam modelos comerciais de baterias de lítio, e, por fim, das diferentes tecnologias de lítio-íon. 

YURI VASCONCELOS | ED. 261 | NOVEMBRO 2017

Escola do Futuro USP

Projeto desenvolvido pela USP, conta com diversos projetos, cursos e produção científica disponibilizada para consulta.No endereço abaixo, há possibilidade de acessar a página e navegar pelo BIBVIRT – BIBLIOTECA VIRTUAL DO ESTUDANTE BRASILEIRO, ACESSA ESCOLA, BRASIL 500 ANOS, LABORATÓRIO DIDÁTICO VIRTUAL - LABVIRT, dentre outros.
Passem lá, acredito que vão gostar.

DISPONÍVEL: http://futuro.usp.br/labvirt/