0 Fusão nuclear a laser: seria uma solução para energia limpa?

A fusão nuclear - a energia das estrelas - promete pôr fim ao problema energético mundial.[Imagem: LLNL/NIF]

Energia das estrelas


O sonho de dominar a fusão nuclear - a energia das estrelas - continua de fato brilhando, agora ainda mais.

A fusão a laser é uma tecnologia diferente da chamada "fusão magneticamente induzida", usada no ITER e em outros experimentos.

Esta tecnologia está sendo usada no projeto Hiper, que pretende iniciar a fusão nuclear usando um equipamento de raio laser do tamanho de um estádio de futebol, e no projeto JET (Joint European Torus).

Agora, pelo menos três parceiros de peso acabam de anunciar um esforço conjunto para tentar domar a fusão nuclear a laser.

A equipe será formada pelo Laboratório Nacional Lawrence Livermore (EUA), Laboratório Rutherford Appleton (Grã-Bretanha) e pela empresa privada AWE.

O que é a fusão a laser?

Em altas temperaturas e pressões, os núcleos dos isótopos pesados de hidrogênio - deutério e trítio (ou trício) - formam um plasma, podendo ser fundidos para formar hélio, liberando energia e um nêutron.

Disparando uma saraivada sincronizada de laser pulsado é possível vaporizar a superfície de uma esfera cheia desses isótopos, forçando a esfera a implodir, produzindo assim as condições de fusão em seu interior durante alguns bilionésimos de segundo.

A física se assemelha à detonação de uma bomba termonuclear (ou bomba de hidrogênio) - embora em uma escala muito menor.

A energia do laser implode a esfera contendo hidrogênio pesado, produzindo assim as condições de fusão em seu interior durante alguns bilionésimos de segundo. [Imagem: LLNL/NIF]

Quais vantagens a fusão a laser tem sobre a fusão magnética?


Os reatores de fusão magnética disparam um poderoso pulso elétrico sobre o hidrogênio pesado para produzir um plasma. Um forte campo magnético é então usado para confinar o plasma, antes que a fusão possa ocorrer. Isso não é fácil, porque o plasma pode tornar-se instável e mesmo vazar.

Por outro lado, a fusão a laser produz temperaturas e pressões muito mais elevadas, de modo que a fusão ocorre mais rápido - com isto, o plasma precisa ser confinado por apenas alguns bilionésimos de segundo, o que é muito mais simples.

A fusão nuclear de qualquer um dos dois tipos é atraente como fonte de energia porque seu combustível é mais abundante do que o urânio e o processo não produz os isótopos altamente radioativos gerados pela divisão de átomos de urânio.

Mas os nêutrons da fusão são perigosos e tornarão radioativos os materiais usados no interior do reator - estima-se que as placas internas de um reator tokamak precisarão ser constantemente trocadas.

O trítio no combustível também é radioativo: ele emite partículas beta, mas tem a vantagem de ter uma meia-vida de apenas 12,5 anos.

Interior do reator de fusão do NIF, que pretende atingir a ignição do final do ano que vem. [Imagem: LLNL/NIF]

Em que estágio está a tecnologia?


A fusão a laser vem sendo estudada desde a década de 1960, com fins bélicos.

Hoje, o maior laser de fusão é o National Ignition Facility (NIF) em Livermore, que é um dos participantes do acordo agora anunciado.

Até o final do próximo ano, o laboratório espera atingir a "ignição", produzindo mais energia a partir da fusão nuclear do que é necessário para gerar o pulso de laser.


Enquanto isso, não se espera que o ITER - que usa a fusão magnética - atinja a ignição antes de 2020.

Lasers menores estão sendo usados em programas de fusão no Rutherford Appleton (outro parceiro do novo acordo), na Universidade de Rochester (EUA) e na Universidade de Osaka (Japão).

A França está construindo um sistema do mesmo porte do NIF chamado Laser Megajoule.

Quando teremos energia da fusão a laser?

Mike Dunne, do Laboratório Lawrence Livermore, diz que, se tudo correr bem, uma usina de fusão de 440 megawatts poderá ser instalada em uma década.

Projetos futuros, maiores, poderiam atingir até 1 GW (1.000 MW).

Mas é bom não confiar muito nessas previsões. Tudo é novo na área, e os físicos e os engenheiros nem mesmo sabem os problemas que terão pela frente.

"Até agora, tudo isto está na fronteira da ficção científica," afirmou recentemente Hans Kristensen, diretor do projeto nuclear da Federação dos Cientistas Americanos.

Via iT

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0 Cientistas isolam pedaços de luz

Feixes de canais individuais produzem pulsos no ultravioleta (azul), visível (amarela) e infravemelho próximo (magenta).[Imagem: Thorsten Naeser]

Pontos discretos de luz


Ondas possuem picos e vales, sejam elas as ondas do mar ou as ondas da energia eletromagnética - a luz.

Quando duas ondas, com diferentes comprimentos de onda, se sobrepõem precisamente, esses padrões de picos e vales - um ciclo - se tornam mais complexos e menos repetitivos.

Eventualmente, com o prosseguir da interação, não haverá mais nenhum ciclo, apenas um ponto isolado, apontando em alguma direção específica.

Esta era, até agora, apenas a teoria.

Sintetizador de luz

Mas Adrian Wirth e seus colegas do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, acabam de confinar um feixe de luz de grande espectro em pulsos que são mais curtos do que um único ciclo óptico.

A luz original é um feixe de laser branco, que contém comprimentos de onda que vão do infravermelho próximo ao ultravioleta, passando pelo espectro visível - uma espécie de super arco-íris.

Esse laser branco é dirigido para o "sintetizador luminoso", o novo aparato criado pelos pesquisadores.

De forma similar a um sintetizador de som, que superpõe as ondas sonoras de diferentes frequências para criar sons e ritmos diferentes, o sintetizador de luz superpõe ondas ópticas de diferentes cores e fases para criar vários formatos de onda.

Fotografia do protótipo do "sintetizador de campo luminoso", ou sintetizador de luz, que transforma um feixe de luz em pacotes sub-ciclos de luz. Os feixes são visualizados com a ajuda de vapor de nitrogênio. [Imagem: Thorsten Naeser]

Pacotes de luz


O resultado é um pacote único de luz - algo como um "pedaço de luz" - mais curto do que uma onda completa da luz.

Essa "luz sem ciclo" compacta todas as interações entre os diversos comprimentos de onda em um único ponto luminoso.

O feito cria uma nova ferramenta que deverá viabilizar o estudo da dinâmica dos elétrons de uma forma que não era possível até agora, porque essas alterações eletrônicas acontecem em escalas temporais muito pequenas.

Isto permitirá, por exemplo, que os cientistas acompanhem os detalhes das reações químicas, hoje basicamente restritas ao "antes e depois" da própria reação.

Estudo das reações químicas

"A produção de transientes ópticos de sub-ciclo abre novas perspectivas para dirigir o movimento dos elétrons em escala atômica com a força elétrica da luz, assim como para conduzir complexas dinâmicas nas camadas de valência de moléculas," escrevem os pesquisadores.

Esta ferramenta será crucial para o desenvolvimento da chamada fotossíntese artificial, que depende da compreensão detalhada das reações químicas que os fótons do Sol induzem nas plantas - é "só isto" o que falta para que se possa criar uma nova fonte de energia limpa, de alta eficiência e totalmente renovável.

Os processos eletrônicos que ocorrem durante as reações químicas envolvem tempos em uma escala cuja unidade são os attossegundos - 1 attossegundo equivale a 1 bilionésimo de 1 bilionésimo de segundo - veja Batido recorde mundial do menor tempo já medido.

No primeiro experimento realizado usando a nova ferramenta, os cientistas arrancaram o elétron da camada mais externa de um átomo do gás criptônio. O processo levou 700 attossegundos - o processo mais rápido já induzido opticamente até hoje.

Via iT

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0 Antimatéria é armazenada por 1.000 segundos e já pode ser estudada

Esta é a "garrafa de antimatéria" usada pelos cientistas, um campo magnético de oito polos gerado por ímãs supercondutores.[Imagem: Chukman So/Wurtele Research Group]

Anti-eternidade

A Colaboração ALPHA, um consórcio internacional de cientistas, com participação de brasileiros, criou e armazenou um total de 309 átomos de anti-hidrogênio.


A equipe ganhou a manchetes no final de 2010, quando conseguiram capturar a antimatéria pela primeira vez.

Naquela ocasião, 38 átomos de anti-hidrogênio foram mantidos isolados durante 172 milésimos de segundo.

Agora, o armazenamento durou até 1.000 segundos - quase 17 minutos - além de demonstrar que o armazenamento da antimatéria por períodos bem maiores é factível.

1.000 segundos é quase uma eternidade quando se trata de estudar fenômenos em escala atômica, o que abre pela primeira vez a possibilidade de que os anti-átomos sejam estudados como o são os átomos da matéria comum.

Estado fundamental de energia

"Talvez o aspecto mais importantes desse resultado é que, depois de apenas um segundo, esses átomos de anti-hidrogênio tinham com certeza decaído para seu estado fundamental de energia (ground state). Estes foram provavelmente os primeiros antiátomos já obtidos nesse estado," explicou Joel Fajans, do Laboratório Berkeley, nos Estados Unidos, um dos membros da Colaboração ALPHA (Antihydrogen Laser PHysics Apparatus).


Como quase todas as medições de precisão exigem átomos no estado fundamental de energia, a pesquisa abre possibilidades totalmente novas de experimentos com a antimatéria.

Armadilha de antimatéria

A garrafa de antimatéria usada pelos cientistas é um campo magnético de oito pólos gerado por ímãs supercondutores.


Infelizmente, não dá para ver diretamente a antimatéria guardada lá dentro.

"Atualmente, a única forma de sabermos se capturamos um anti-átomo é desligar o campo magnético," explica Fajans. Quando o anti-átomo atinge a parede da garrafa, ele se aniquila."

Os cientistas então descobrem que ele estava lá dentro detectando uma emissão de raio gama gerada nessa aniquilação de matéria e antimatéria.

Em um átomo de anti-hidrogênio (no alto), um anti-elétron carregado positivamente, ou pósitron, orbita um antipróton carregado negativamente: exatamente um espelho do átomo normal de hidrogênio (embaixo). [Imagem: Chukman So/Wurtele Research Group]No início, a equipe precisava provar que era capaz de capturar o anti-hidrogênio. Para isso, eles desligavam a armadilha magnética depois de cada tentativa de produzir os anti-átomos - eles conseguiam capturar um anti-átomo a cada 10 tentativas.

Depois de conseguirem a prova, puderam dedicar-se ao melhoramento da armadilha, obtendo melhoramentos significativos, permitindo capturar os anti-átomos e mantê-los até seu decaimento para o estado ground - agora eles capturam um anti-hidrogênio em quase todas as tentativas.

Em um átomo de anti-hidrogênio (no alto), um anti-elétron carregado positivamente, ou pósitron, orbita um antipróton carregado negativamente: exatamente um espelho do átomo normal de hidrogênio (embaixo). [Imagem: Chukman So/Wurtele Research Group]

Experiências com antimatéria

Os trabalhos prosseguem sem intervalos. A seguir, os cientistas planejam começar os experimentos diretos com a antimatéria, medindo alterações em seu estado atômico induzido por micro-ondas, o que permitirá avaliar a simetria entre matéria e antimatéria.


O passo seguinte será construir uma armadilha de antimatéria que permita experiências com raios laser.

Os lasers são essenciais para exames de espectroscopia e para "resfriar os anti-átomos", reduzindo sua energia para a realização de outros experimentos.

A equipe ALPHA tem atualmente mais de 40 membros, de 15 universidades ao redor do mundo, incluindo os brasileiros Cláudio Lenz César, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, e Daniel de Miranda Silveira, atualmente no Laboratório Riken, no Japão.

Via iT

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0 Turbinas aquáticas podem resolver alguns problemas climáticos

Turbinas/pipas aquáticas podem parecer mais um daqueles conceitos viajantes, mas a empresa por trás da ideia já atraiu dois milhões de Euros em investimentos e vai começar a testar a solução no ano que vem.

Turbinas subaquáticas são uma ideia tão boa que eu acho até curioso que ainda não tenha "decolado". Por ficarem escondidas nas profundezas do oceano, a superfície não fica cheia de criaturas feias.

Cada turbina mede 12 metros de envergadura e fica presa por um cabo de 100m, gerando 500 kilowatts de energia. Os primeiros testes começam ano que vem na Irlanda, mas a empresa por trás do projeto, a Minesto, espera a tecnologia já seja amplamente utilizada dentro de quatro anos.

Via CNN e DVICE

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0 Primeira usina de ondas no Brasil recebe licença para instalação

O projeto-piloto da primeira usina brasileira de produção de energia através das ondas do mar recebeu a licença ambiental de instalação concedida pela Superintendência Estadual do Meio Ambiente (Semace).

A usina vai funcionar no Porto de Pecém, instalada a 3 quilômetros da costa, deverá ocupar uma área de 200 metros quadrados no Terminal de Múltiplas Utilidades do Pecém (TMUT). Inicialmente irá produzir 100 KW, equivalente ao consumo de 60 casas de padrão médio, energia suficiente para ser aproveitada no abastecimento das instalações do próprio Porto de Pecém.

A grande vantagem é que sua fonte de energia é 100% limpa e considerada de baixo impacto ambiental, já que não há necessidade de represar água, como no caso das hidrelétricas. “Há a possibilidade de degradar o mínimo possível”, afirmou a superintendente da Semace, Lucia Teixeira, durante apresentação do projeto a imprensa.

A usina-piloto utilizando as ondas do mar foi desenvolvida por pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). O Estado do Ceará foi escolhido pela regularidade dos ventos e frequência das oscilações do mar no litoral cearense.

Com a ajuda de flutuadores submersos, as ondas vão impulsionar a água do mar para um reservatório dentro da usina. A água no reservatório é bombeada até chegar a uma câmara hiperbárica. A câmara é um tanque que retém a água por alguns segundos. Em seguida, a retenção faz a pressão da água aumentar e o jato pressurizado sai do compartimento com grande força e então movimenta uma turbina, que finalmente gera a energia.

O Ceará já é destaque no Brasil entre Estados que utilizam outras formas de energia renovável, como a eólica, pela força dos ventos e a energia solar.

A previsão é que a usina de ondas esteja funcionando até o final deste ano. A fase de pesquisa deve durar três anos para a avaliação da tecnologia, segundo informações da Secretaria de Infraestrutura do Ceará.

Via Apolo11.

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0 LED orgânico mais barato e reciclável é criado com grafeno

Os pesquisadores construíram uma alternativa aos OLEDs, que eles chamaram de LEC - Light-emitting Electrochemical Cell, células eletroquímicas emissoras de luz. [Imagem: Umea University]

O grafeno parece mesmo decidido a dominar o mundo. Em poucos meses, essa "tela de galinheiro" da era nanotecnológica alcançou a escala industrial, virou padrão de referência da eletrônica e gerou um transístor que supera seus rivais de silício.


Não satisfeito, o grafeno - uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura - agora chegou aos dispositivos sólidos emissores de luz, um campo até hoje dominado pelos LEDs tradicionais e pelos LEDs orgânicos (OLEDs).

Papéis luminosos e telas de enrolar

Pesquisadores suecos e norte-americanos conseguiram produzir o primeiro dispositivo emissor de luz orgânico com grafeno - o grafeno substitui um metal raro e caro e de difícil reciclagem.


A invenção, que abre caminho para papéis de parede que se acendem e telas que podem ser enroladas, tudo feito inteiramente de plástico, foi fabricado por cientistas das universidades de Linköping e Umeå, na Suécia, e da Universidade do Estado de Nova Jersey, nos Estados Unidos.

LEDs de plástico

Os OLEDs - LEDs orgânicos, que possuem carbono em sua composição, também chamados de LEDs de plástico - foram recentemente introduzidos comercialmente em celulares, câmeras digitais e TVs super finas.


Um OLED consiste de uma camada de plástico, contendo compostos emissores de luz, colocada entre dois eletrodos, um dos quais deve ser transparente, para que a luz passe.

Apesar de terem vantagens suficientes para já estarem no mercado, os OLEDs têm uma desvantagem - o eletrodo transparente é feito com a liga metálica óxido de estanho-índio. O índio é um metal raro e caro e, além disso é muito difícil de ser reciclado.

LEC

O que os pesquisadores conseguiram agora foi construir uma alternativa aos OLEDs, que eles chamaram de LEC - Light-emitting Electrochemical Cell, células eletroquímicas emissoras de luz.

A nova célula usa um eletrodo de grafeno quase totalmente transparente em substituição ao índio. Por decorrência, o novo componente emissor de luz fica muito mais barato e pode ser facilmente reciclado.

Por usar carbono, o LEC também é orgânico, assemelhando-se mais aos OLEDs do que aos LEDs. OLEC certamente seria uma sigla mais adequada, ainda que é de se esperar que outros pesquisadores questionem a criação de uma categoria nova para os "OLEDs de grafeno".

A nova célula usa um eletrodo de grafeno quase totalmente transparente em substituição ao índio. [Imagem: ACS]

Iluminação orgânica

"Este é um grande passo no desenvolvimento de componentes orgânicos para iluminação, tanto do ponto de vista tecnológico quanto ambiental. Espera-se que os componentes eletrônicos orgânicos tornem-se extremamente comuns em novas aplicações no futuro, mas isto pode criar problemas sérios de reciclagem. Usando o grafeno, em vez dos eletrodos de metal convencional, os componentes do futuro serão muito mais fáceis de reciclar," diz Nathaniel Robinson, um dos criadores do OLEC.

Pesquisadores de todo o mundo têm tentado substituir o óxido de índio e estanho dos LEDs há anos. O índio está cada vez mais escasso e a liga tem um ciclo de vida complicado. A matéria-prima para os LECs, por outro lado, essencialmente carbono, é inesgotável e pode ser totalmente reciclada.

Impressão de componentes eletrônicos

Todas as partes dos LECs podem ser produzidas a partir de soluções líquidas, como já acontece com os OLEDs, tornando possível fabricá-los também pelo processo industrial contínuo conhecido como roll-to- roll, um processo parecido com a impressão, que torna os componentes individuais muito baratos.


"Isso permitirá a produção de componentes de iluminação inteiramente de plástico, de baixo custo e sob a forma de grandes folhas flexíveis. Esse tipo de iluminação, ou de tela, poderá ser enrolada ou ser aplicada como papel de parede ou nos tetos," diz Ludvig Edman, outro membro da equipe.

No processo de fabricação dos LECs, o grafeno é depositado na forma de uma solução de óxido de grafeno.

Via iT.

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0 Borracha que gera energia poderá alimentar marcapassos e celulares

As nanofitas de PZT são fabricadas sobre um substrato de óxido de magnésio, de onde são retiradas para serem incorporadas no silicone.[Imagem: Michael McAlpine/Princeton University]

Engenheiros da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, desenvolveram folhas de borracha flexíveis capazes de gerar eletricidade a partir do movimento.


As folhas flexíveis poderão ser utilizadas na fabricação de acessórios, roupas e sapatos, aproveitando os movimentos naturais do corpo, como a respiração e o caminhar, para alimentar marcapassos, telefones celulares e outros equipamentos portáteis.

Piezoeletricidade

O material, composto por nanofitas de cerâmica incorporadas em folhas de borracha de silicone, gera eletricidade quando flexionado - um fenômeno conhecido como piezoeletricidade.


A ideia não é nova e já existem vários protótipos de nanogeradores que exploram a energia biomecânica e de vários tipos de músculos artificiais baseados no mesmo princípio.

Recentemente, foi vencido um grande desafio para o aproveitamento prático das vibrações de frequência variável da natureza na geração de eletricidade - veja Energia gerada a partir de movimentos da natureza rivaliza com baterias.

Mas esta é a primeira vez que os pesquisadores conseguem combinar com sucesso as nanofitas de titanato-zirconato de chumbo (PZT), um material cerâmico que é piezoelétrico, com o silicone, que é flexível, barato e biocompatível, já sendo utilizado em implantes e outros dispositivos médicos.

Piezo-borracha

Dentre os vários tipos de materiais piezoelétricos, o PZT é o mais eficiente que se conhece até hoje, sendo capaz de converter 80% da energia mecânica aplicada a ele em energia elétrica.


"O PZT é 100 vezes mais eficiente do que o quartzo, outro material piezoelétrico," explica Michael McAlpine, que liderou o projeto. "Você não gera tanta energia assim ao caminhar ou respirar, então você vai querer aproveitá-la da forma mais eficiente possível."

Os pesquisadores primeiro fabricaram as nanofitas de PZT - tiras tão estreitas que 100 delas colocadas lado a lado cabem em um espaço de um milímetro. Em um processo separado, eles incorporaram essas fitas em folhas de borracha de silicone, criando o que eles chamaram de "chips de piezo-borracha".

Protótipo do chip de piezo-borracha fabricado pelos pesquisadores. [Imagem: Michael McAlpine/Princeton University]

Tênis que geram energia

O uso do silicone faz os cientistas acreditarem que será muito mais fácil utilizar a sua piezo-borracha em dispositivos práticos, inclusive implantados no corpo humano.

"Os novos dispositivos geradores de eletricidade poderiam ser implantados no corpo para alimentar dispositivos médicos perpetuamente, e o corpo não os rejeitará," disse McAlpine.

Mas esta é só uma previsão, e o uso prático do novo material terá que ser antes avaliado pelas autoridades de saúde, devido principalmente à presença da cerâmica PZT. Nenhuma avaliação desse tipo foi feita nesta pesquisa.

Mas o uso externo do material não impõe tantas restrições. Tênis e sapatos feitos com a borracha piezoelétrica, por exemplo, poderão aproveitar os movimentos de uma caminhada ou de uma corrida para recarregar o celular ou alimentar o tocador de MP3. O mesmo poderia ser feito com coletes que utilizem o movimento do tórax durante a respiração.

Atuador para robôs

Além de gerar eletricidade quando é flexionado, o oposto também é verdadeiro: a piezo-borracha flexiona quando uma corrente elétrica é aplicada sobre ela.


Isso abre possibilidades para outros tipos de aplicações, como seu o uso em equipamentos médicos de microcirurgia, afirma McAlpine, sempre de olho na área médica.

Essa ação mecânica faz a piezo-borracha funcionar como um atuador, uma espécie de músculo artificial, de grande interesse na área de robótica, por permitir a construção de robôs mais leves, menores e com menor consumo de energia.

"A beleza [deste material] é que é tudo escalável," afirmou Yi Qi, coautor da pesquisa. "Conforme avançarmos na fabricação dessas borrachas, seremos capazes de fazer folhas maiores e maiores, capazes de gerar mais e mais energia."

Via iT.

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0 Levitação magnética abre nova rota para fusão nuclear

O reator LDX usa um ímã de meia tonelada, em formato de anel, com o tamanho aproximado um pneu de caminhão, feito de fios supercondutores enrolados dentro de um recipiente de aço inoxidável.[Imagem: Boxer et al./Nature Physics]

Cientistas norte-americanos acreditam ter descoberto uma nova abordagem rumo ao objetivo, ainda elusivo, de domar a fusão nuclear, a fonte de energia das estrelas.

A fusão nuclear tem sido uma meta perseguida por físicos e pesquisadores de energia há mais de 50 anos. Isso porque ela oferece a possibilidade de criação de uma fonte virtualmente infinita de energia sem emissões de carbono e praticamente sem resíduos radioativos.

Estrela artificial

Ao contrário da fissão nuclear, a reação fundamental das atuais usinas nucleares, quando átomos são quebrados, na fusão nuclear átomos leves são unidos para formar um átomo mais pesado, liberando uma quantidade descomunal de energia.


Mas o desenvolvimento de um reator de fusão tem-se mostrado mais difícil do que inicialmente se pensava. Para explorá-la, será necessário literalmente construir uma mini-estrela artificial. E impedir que tanto calor derreta qualquer coisa com a qual entre em contato é um desafio imenso.

O maior esforço está sendo feito no ITER, que está sendo construído na França, com um custo final que poderá ser três vezes maior do que o LHC. Em 2008, um grupo de cientistas propôs que megalaser seria o caminho mais curto para a fusão nuclear.

Tudo são alternativas

Agora, um novo experimento que reproduz o campo magnético de um planeta pode fornecer um "caminho alternativo" para domar a fusão nuclear. As aspas são necessárias, porque os físicos não são unânimes sobre o que seria um caminho seguro para a fusão nuclear. Mesmo o ITER, com seu orçamento gigantesco, tem seus críticos. Nesse sentido, todas as propostas são apenas alternativas.


Os engenheiros afirmam que sua abordagem única tem "algum potencial" para ser desenvolvida como uma forma de criar uma usina que seja capaz de gerar eletricidade com base na fusão nuclear.

Levitação magnética

Os novos resultados vêm de um dispositivo experimental chamado LDX (Levitated Dipole Experiment). Inspirado em observações feitas a partir do espaço por satélites artificiais, o LDX usa um ímã de meia tonelada, em formato de anel, com o tamanho aproximado de um pneu de caminhão, feito de fios supercondutores enrolados dentro de um recipiente de aço inoxidável.


Este ímã fica literalmente levitando, suspenso por um poderoso campo eletromagnético. Sua função é controlar o movimento de um plasma, um gás de partículas eletricamente carregadas aquecido a 10 milhões de graus Celsius, contido em uma câmara externa de cinco metros de diâmetro.

Os resultados dos experimentos realizados nesse equipamento único confirmam as previsões absolutamente contra-intuitivas de que, no interior da câmara externa, a turbulência aleatória faz com que o plasma torne-se mais densamente concentrado - um passo crucial para fazer os átomos fundirem-se - em vez de espalhar-se, como acontece geralmente com a turbulência.

Esse comportamento anômalo da turbulência já havia sido observado na forma como o plasma no espaço interage com os campos magnéticos da Terra e de Júpiter, mas nunca havia sido recriado em laboratório.

A principal diferença entre o LDX e um tokamak é que, enquanto no tokamak o plasma quente é confinado no interior de um gigantesco magneto, no LDX o ímã está dentro do plasma. [Imagem: Boxer et al./Nature Physics]

Tokamaks, fusão inercial e LDX

Os experimentos de fusão nuclear ao redor do mundo usam um dentre dois métodos: os tokamaks, que usam um conjunto de ímãs enrolados em torno de uma câmara em formato de anel para confinar o plasma, ou a fusão inercial, com lasers de alta potência para alvejar uma esfera minúscula de combustível no centro do dispositivo.

Mas o LDX usa uma abordagem diferente. "É a primeira experiência deste tipo", diz o cientista sênior do projeto, Jay Kesner, do MIT, que codirige o projeto com Michael E. Mauel, da Universidade de Colúmbia.

O gigantesco magneto do LDX é mantido suspenso por um campo eletromagnético, por sua vez controlado continuamente por um computador com base no monitoramento da sua posição com sensores que acompanham oito feixes de laser.

A posição do ímã de meia tonelada, pelo qual passa uma corrente de um milhão de amperes, pode ser mantida dessa forma com uma precisão de meio milímetro. Um suporte em forma de cone com molas é posicionado sob o ímã, para pegá-lo com segurança se alguma coisa der errada com o sistema de controle.

A levitação é crucial porque o campo magnético usado para confinar o plasma seria perturbado por quaisquer objetos em seu caminho, como suportes utilizados para manter o imã no lugar.

Com o magneto levitando, o pico central da densidade do plasma foi alcançado em alguns centésimos de segundo, algo muito semelhante ao observado nas magnetosferas planetárias - como nos campos magnéticos que cercam a Terra e Júpiter.

A principal diferença entre o LDX e um tokamak é que, enquanto no tokamak o plasma quente é confinado no interior de um gigantesco magneto, no LDX o ímã está dentro do plasma.

Fusão especulativa

Os resultados do experimento mostram que esta abordagem "pode produzir uma rota alternativa à fusão", diz Kesner, embora mais pesquisas sejam necessárias para determinar se ele seria prático.


Por exemplo, embora os pesquisadores tenham medido a alta densidade do plasma, novos equipamentos ainda precisarão ser instalados para medir sua temperatura e, finalmente, os pesquisadores terão que construir uma versão muito maior de todo o dispositivo.

Kesner adverte que o tipo de ciclo de combustível previsto para outros tipos de reatores de fusão, como os tokamaks, que utilizam uma mistura de duas formas de hidrogênio pesado, chamadas deutério e trítio, deve ser mais fácil de conseguir e provavelmente serão eles os primeiros a entrar em operação.

A fusão deutério-deutério, proposta pelo LDX, se ela se tornar prática, mais provavelmente consistirá em "uma abordagem de segunda geração".

Astrofísica

Pode ser que, antes de produzir resultados para a fusão nuclear, e mesmo se esses resultados não vierem, o experimento ajude na mesma pesquisa espacial que o inspirou.


Como o LDX tem seu princípio inspirado nas observações de magnetosferas planetárias feitas por sondas espaciais, ele poderá fornecer aos astrofísicos novos detalhes sobre esses mecanismos, sem a necessidade de enviar novas sondas ao espaço.

Via iT.

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0 Turbinas eólicas inteligentes conseguem prever o vento

Ao prever o vento que a atingirá nos próximos instantes, a turbina pode otimizar sua posição e ajustar a inclinação de suas pás para que o vento seja utilizado de forma mais eficiente e para que a turbina dure mais.[Imagem: Risoe]

Engenheiros da Universidade de Risoe, na Dinamarca, completaram com sucesso os primeiros testes práticos de uma nova turbina de vento - o gigantesco cata-vento responsável pela geração da energia eólica - que consegue prever e reagir às alterações no vento, otimizando a geração de eletricidade.

"Os resultados mostram que este sistema consegue prever a direção do vento, a intensidade do vento e até a turbulência. Com isto, estimamos que uma futura geração de turbinas de vento poderá aumentar a produção de energia e, ao mesmo, reduzir as cargas extremas que impactam no seu tempo de vida útil," diz o Dr. Torben Mikkelsen.

Anemômetro a laser

O sistema agregado à turbina de vento é uma espécie de anemômetro a laser, que os cientistas chamam de "LIDAR de vento". LIDAR (Light Detection And Ranging) é uma espécie de "radar de luz", que utiliza um feixe de raios laser para detectar a distribuição espacial da temperatura e da umidade na atmosfera.


Da mesma forma que um radar envia ondas de rádio e mede suas reflexões, um LIDAR envia ondas de luz. O "eco", neste caso, é a reflexão dessa onda de luz pelas diferentes camadas da atmosfera.

Enxergando o vento

A incorporação do LIDAR significa que as turbinas de vento passam a ser capazes de "ver" o vento por meio da detecção das variações nas características da massa de ar.


Ao prever o vento que a atingirá nos próximos instantes, a turbina pode otimizar sua posição e ajustar a inclinação de suas pás para que o vento seja utilizado de forma mais eficiente e para que a turbina dure mais.

Os engenheiros afirmam que a tecnologia a laser aumenta a produção de energia em até 5%, principalmente porque ela permite a utilização de pás mais longas. Para uma turbina de vento com capacidade de 4 MW, isso representa um ganho financeiro de $200.000 por ano.

Boom na energia eólica

"O sistema LIDAR pode ser usado para aumentar a durabilidade das pás ao permitir que elas lidem melhor com as irregularidades do vento. Numa segunda etapa, isso tornará possível fabricar pás mais longas. Isto vai aumentar a produção de energia e tornar a eletricidade eólica mais competitiva," diz o engenheiro.


A indústria de turbinas de vento está passando por um boom, prevendo-se que ela cresça tremendamente nos próximos anos, graças ao foco global nas energias renováveis e na reação às mudanças climáticas.

Via iT.

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0 Bactérias despontam na produção de biocombustíveis

Cepa de bactérias geneticamente modificadas para absorver CO2 e luz e solar, produzindo um combustível líquido que pode ser uma alternativa à gasolina. [Imagem: UCLA]

Duas pesquisas independentes, que acabam de ser divulgadas nos Estados Unidos, mostram que as bactérias geneticamente modificadas logo poderão ser mais importantes do que as plantas usadas para a produção de biocombustíveis.

Biocombustível perfeito

Pesquisadores da Universidade da Califórnia modificaram geneticamente uma cianobactéria para fazê-la consumir dióxido de carbono e produzir o combustível líquido isobutanol, que tem grande potencial como alternativa à gasolina.

Para completar esse quadro, que até parece bom demais para ser verdade, a reação química para produção do combustível é alimentada diretamente por energia solar, através da fotossíntese.

O processo tem duas vantagens para a meta global de longo prazo de se alcançar uma economia sustentável, que utilize energia mais limpa e menos danosa ao meio ambiente.

Em primeiro lugar, ele recicla o dióxido de carbono, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa resultantes da queima dos combustíveis fósseis.

Em segundo lugar, ele usa energia solar para converter o dióxido de carbono em um combustível líquido que pode ser usado na infraestrutura de energia já existente, inclusive na maioria dos automóveis.

Desconstrução da biomassa

As atuais alternativas à gasolina, o que inclui os biocombustíveis derivados de plantas ou de algas, exigem várias etapas intermediárias antes de gerar os combustíveis utilizáveis.


"Esta nova abordagem evita a necessidade de desconstrução da biomassa, quer no caso da biomassa celulósica, quer na biomassa de algas, algo que representa uma grande barreira econômica para a produção de biocombustíveis hoje", disse o líder da equipa James C. Liao. "Portanto, [nossa biotecnologia] é potencialmente muito mais eficiente e menos dispendiosa do que as abordagens atuais."

Transformando CO2 em combustível

Usando a cianobactéria Synechoccus elongatus, os pesquisadores primeiro aumentaram geneticamente a quantidade da enzima RuBisCo, uma fixadora de dióxido de carbono. A seguir, eles juntaram genes de outros microrganismos para gerar uma cepa de bactérias que usa dióxido de carbono e luz solar para produzir o gás isobutiraldeído.


O baixo ponto de ebulição e a alta pressão de vapor do gás permitem que ele seja facilmente recolhido do sistema.

As bactérias geneticamente modificadas podem produzir isobutanol diretamente, mas os pesquisadores afirmam que atualmente é mais fácil usar um processo de catálise já existente e relativamente barato para converter o gás isobutiraldeído para isobutanol, assim como para vários outros produtos úteis à base de petróleo.

Segundo os pesquisadores, uma futura usina produtora de biocombustível baseada em suas bactérias geneticamente modificadas poderia ser instalada próxima a usinas que emitem dióxido de carbono - as termelétricas, por exemplo. Isto permitiria que o gás de efeito estufa fosse capturado e reciclado diretamente em combustível líquido. Para que isso se torne uma realidade prática, os pesquisadores precisam aumentar a produtividade das bactérias e diminuir o custo do biorreator.

Bactérias autodestrutivas

A equipe da Universidade do Estado do Arizona também usou a genética e as cianobactérias fotossintéticas, mas em uma abordagem diferente.


O grupo do professor Roy Curtiss usou os genes de um bacteriófago - um microrganismo que ataca bactérias - para programar as cianobactérias para se autodestruírem, permitindo a recuperação das gorduras ricas em energia - e dos seus subprodutos, os biocombustíveis.

Segundo Curtiss, as cianobactérias são fáceis de manipular geneticamente e têm um rendimento potencialmente maior do que qualquer planta atualmente utilizada como fonte para os biocombustíveis capazes de substituir a gasolina ou o diesel.

Mas, para realizar esse potencial, é necessário colher as gorduras dos micróbios, o que atualmente exige uma série de reações químicas muito caras.

Otimização

Para fazer as cianobactérias liberarem mais facilmente sua preciosa carga de gorduras, Curtiss e seu colega Xinyao Liu, inseriram nelas os genes dos bacteriófagos, que são controlados pela simples adição de quantidades-traço de níquel no seu meio de cultura.


Os genes dos invasores dissolvem as membranas protetoras das cianobactérias, fazendo-as explodir como um balão, liberando as gorduras.

A solução também não é definitiva, mas os pesquisadores já contam com um financiamento de US$5,2 milhões nos próximos dois anos para otimizar a reação e aumentar seu rendimento.

Via iT.

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Via Electronista e Physorg.

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Via Info.

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