1000 vezes mais eficientes na geração de hidrogênio

Nanomateriais podem ser 1000 vezes mais eficientes na geração de hidrogênio a partir da luz solar

Fonte: http://www.downloadswallpapers.com

"O desenvolvimento de novas estruturas na escala nanométrica que favoreçam a conversão de luz solar em hidrogênio de maneira eficiente e com baixo impacto ambiental é ainda um grande desafio dos próximos anos", relata o Físico e Doutor em Engenharia de Materiais, Professor Flávio Souza, da Universidade Federal do ABC.

O aumento da demanda energética no mundo, aliada a urgente necessidade de reduzir a emissão de poluentes, faz da busca por fontes alternativas de energia o grande desafio da humanidade para as próximas décadas. Neste contexto, o hidrogênio (H₂) vem sendo apontado por alguns especialista como o combustível do futuro, devido ao seu grande potencial de aplicação, como em veículos automotivos, aquecimento domésticos, aviões, entre outros. Segundo relata Dr. Souza para o nosso Blog, os investimentos no desenvolvimento de metodologias e tecnologias para produzir esse combustível de maneira sustentável e com baixo impacto ambiental tem dobrado nos últimos anos. Um exemplo é a China que se tornou o maior investidor no desenvolvimento de tecnologias para produção de energia alternativa, com cerca de 47 bilhões de dólares, ultrapassando os EUA. Já o Brasil, fica na lista em 10º lugar no mundo, como o país que mais investe em energias renováveis.

Ilustração da absorção de luz pelos nano-bastonetes alinhados

Durante exercícios de ordem unida, os soldados ficam
alinhados e perfeitamente espaçados. Fonte: Plano Brasil 

Especialista na área, o Professor Flávio ainda acrescenta: "Uma maneira elegante, prática e eficiente para produzir o hidrogênio é utilizar a energia solar, por meio de um processo chamado de foto-eletrólise. Neste caso, dois eletrodos são utilizados para quebrar a molécula da água em moléculas de hidrogênio e oxigênio, com o auxílio da energia solar. Em um trabalho publicado recentemente, mostramos uma metodologia simples para produzir um tipo de nanomaterial a base de óxido ferro, que foi utilizado em um dos eletrodos (onde ocorre o desprendimento do gás oxigênio) de uma célula de foto-eletrólise. Nós mostramos, pela primeira vez, que o nosso material é 1000 vezes mais eficiente, comparado aos trabalhos até então publicados com a mesma metodologia para a obtenção do nanomaterial. O bom desempenho foi atribuído às nanoestruturas em formato de bastões, alinhadas lado à lado, intercaladas com espaços vazios, como soldados durante uma apresentação de ordem unida.  Isso favoreceu o aumento da absorção da luz solar e o transporte eficiente das partículas (elétrons) geradas pela absorção da luz. Além disso, esse tipo de arranjo proporciona grande área de contato com a água, o que facilita as reações químicas na presença de luz."

Para baixar o artigo "Highly orientedhematite nanorods arrays for photoelectrochemical water splitting" de autoria do aluno Vitor A. N. de Carvalho, é só entrar no site da revista Journal of Power Sources.

Pesquisadores usam Nanotubos de Óxido de Titânio e Imitam Clorofila

Nanotubos Isolados 

Em um recente trabalho publicado na RSC Advances, revista científica da RoyalSociety of Chemistry, pesquisadores da UFABC, Unicamp e USP mostraram que é possível imitar processos exibidos em condições específicas na natureza. Utilizando nanotubos de óxido de titânio em conjunto com uma biomolécula denominada citocromo c, os pesquisadores produziram um material, denominado bionano-compósito, capaz de interagirem entre si e também com a luz. Para falar sobre esse trabalho, convidamos a Dra. Iseli Lourenço Nantes, professora titular de Bioenergética da UFABC, que enfatizou: "Muita gente já ouviu falar da fotossíntese e já aprendeu que, nesse processo, as plantas usam o gás carbônico que liberamos na expiração mais a água que a planta extrai do solo para fazer os açúcares que encontramos nas formas úteis como combustíveis energéticos tais como a glicose e a frutose e na forma útil como estrutura, ou seja, celulose que dá resistência e proteção às plantas e é utilizada para várias finalidades como o fabrico de papel, por exemplo. No entanto, como o nome do processo já diz, para que a planta possa juntar CO₂ e água (H₂O) e produzir a glicose (C₆H₁₂O₆), é necessário a presença de luz. E por que isso? Porque na construção da molécula de glicose, a molécula de água entra com seus hidrogênios (os oxigênios são liberados como O₂) e as moléculas de CO₂ com os carbonos e oxigênios, contudo, os hidrogênios que integram a estrutura da água possuem elétrons com baixa energia para integrar uma molécula de glicose. Assim, no processo de fotossíntese, a clorofila recebe os elétrons da água, absorve a luz solar e “energiza” os elétrons permitindo que possam ser usados na síntese de glicose. 

Quando em contato com citocromo c
os nanotubos se organizam

Em trabalho recente, mostramos pela primeira vez um sistema mimético da fotossíntese no qual conseguimos transferir elétrons para uma proteína da cadeia respiratória (o citocromo c) que requer elétrons com mais energia do que os presentes na molécula de água. Nesse sistema, utilizamos no lugar da clorofila, nanoestruturas, na forma de nanopartículas e nanotubos do material semicondutor TiO₂. Dominar esse processo natural de fotossíntese é a base para as mais diversas aplicações de captação e uso de energia."

Para saber mais, entre no site da RSC Advances, revista científica da Royal Society of Chemistry, em Photo-Induced Electron Transfer in Supramolecular Materials of Titania Nanostructures and Cytochrome c (DOI: 10.1039/c2ra20996a). 

Rato Ciborg: Cientistas da USP fazem rato gerar eletricidade.

Biobateria (esquerda) implantada  dentro da veia do rato

Não é mais uma história de Super-Mouse. Os alunos de Pós-Graduação Rodrigo Iost, Marccus Martins e Fernanda Ferreira do Grupo de Bioeletroquímica e Interfaces (IQSC-USP) criaram uma biobateria (Biocélula a Combustível) capaz de gerar 100 microwatts de potência dentro da veia de um rato. O combustível para a biocélula é a glicose, que está presente no sangue do animal. A biobateria apresenta o novo recorde, dentre as apresentadas na literatura  científica internacional. O motivo do sucesso desse novo dispositivo, que converte energia química em energia elétrica, está na maneira como as enzimas (catalisadores biológicos) estão presas em um dos polos da biobaterias. Para isso, os pesquisadores utilizaram nanopartículas e uma molécula conhecida como vermelho neutro. Essa molécula já era conhecida por suas propriedades de corante e pela sua aplicação em reações de polimerização. Esse trabalho é desenvolvido em colaboração com a bióloga, Profa. Dra. Maria Camila Almeida, especialista em cirurgias. Os pesquisadores acabaram de submeter o trabalho para publicação. Segundo um dos autores do trabalho, o Doutorando Rodrigo Iost, biocélulas a combustíveis são dispositivos bioeletroquímicos que convertem energia química em energia elétrica, onde enzimas e/ou microorganismos são utilizados em bioânodos e biocátodos, catalisando a oxidação de combustíveis (ex. glicose) e a redução de agentes oxidantes (ex. O2), respectivamente. Ele ainda acrescenta: "A literatura aponta para que as biocélulas enzimáticas sejam aplicadas como biobaterias implantáveis, ou melhor, um conversor de energia para marca-passos, bombas de insulina, implantes neurais, bioestimuladores elétricos e liberação controlada de fármacos.  Em teoria, BCs de glicose/O2 implantáveis são termodinamicamente atraentes, uma vez que podem gerar uma diferença de potencial maior que 1,0V, além de que tanto a glicose quanto o oxigênio molecular estão disponíveis em muitas regiões do organismo humano. Por outro lado, as atuais biocélulas enzimáticas apresentam baixa constante cinética de transferência de carga entre as enzimas e os eletrodos, baixa densidade potencia e baixa estabilidade enzimática, o que limita a aplicação. Os desafios para melhorar essas propriedades têm sido o estado-da-arte no desenvolvimento de biocélulas, além da busca de novos procedimentos de micromanipulação para miniaturização dos biodispositivos para implantes in vivo.  Esse é um dos focos do projeto de doutorado que desenvolvo, visando o estudo e o desenvolvimento de biocélulas de glicose/O₂ miniaturizadas." 

Avanços, Tecnologia, Risco da Nanotecnologia aplicada à Saúde

A rede “NanoBiomed” é composta por vários centros de pesquisa do Brasil nas áreas de biotecnologia e medicina envolvendo a nanotecnologia. Por meio dessa integração busca-se inovações e bons resultados na recente área de nanomedicina, pouco estudada no Brasil. Dentro do projeto “Avanços, Tecnologia, Risco da Nanotecnologia aplicada à Saúde”, a rede tem o propósito de pesquisar aplicações na saúde humana e no meio ambiente, investigando os benefícios e riscos para ambos.

Os integrantes da rede Nanobiomed são professores doutores e alunos de pós- graduação e graduação dos seguintes grupos de pesquisa e instituições do Brasil: Universidade de São Paulo (USP) campis de São Paulo, São Carlos, e Ribeirão Preto; Universidade Estadual Paulista “Julio Mesquita Filho” (Unesp), campi de Bauru e Presidente Prudente; Universidade Estadual de Londrina (UEL); Universidade Federal do Piauí (UFPI); Universidade Federal do ABC (UFABC); Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC); Universidade Federal Pernambuco (UFPE); Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP); Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP); Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN); e EMBRAPA Instrumentação São Carlos.

Para saber mais, acesse o site: Ciência Web

Caldo de Cana em Biocélulas

Em entrevista para revista FAPESP, falamos sobre a possibilidade em se utilizar o caldo de cana em Biocélulas a Combustível. Na instância, nosso Grupo estava localizado na UFABC, onde os projetos foram iniciados. O caldo de cana, companheiro de pastéis em feiras livres, é um forte candidato a produzir energia elétrica em uma pequena caixa plástica para funcionar como baterias de celulares, tocadores de MP3 ou mesmo notebooks. 

Injeção de caldo de cana na biocélula

O dispositivo onde os açúcares da garapa agem como combustível, chamado de biocélula, é uma das promessas mais recentes no campo das fontes energéticas alternativas. Em 2007 a Sony mostrou um desses protótipos – existem vários no mundo – para suprir um pequeno tocador de música alimentado com glicose. Além dos açúcares, outros combustíveis podem ser utilizados como etanol, metanol e água de esgoto. Em relação ao caldo de cana, a primeira Biocélula está sendo desenvolvida no Laboratório de Bioeletroquímica e Interfaces (IQSC-USP). A produção de eletricidade a partir do caldo foi possível com a síntese de uma enzima em laboratório que potencializa a reação química responsável por converter o açúcar em eletricidade.

A corrida tecnológica atual é justamente aumentar a potência e o tempo de funcionamento desses equipamentos que já atingem mais de 10 horas. Outras vertentes dos estudos são a geração de energia a partir de esgotos ao retirar elétrons da matéria orgânica e a miniaturização que permitiria a instalação dessas células no próprio organismo humano. O combustível, no caso, em vez do caldo de cana, poderia ser a própria glicose do sangue. “Um dos desafios atuais em relação às biocélulas a combustível é trazê-las para microchips, fazer uma microbiocélula ou nanobiocélula implantável para funcionar como uma bateria de marca-passo, para liberar medicamentos no organismo ou para detectar níveis de glicose”.

Veja também a matéria completa em: REVISTA PESQUISA FAPESP

Aluna de Mestrado, Fernanda Ferreira, Recebe Prêmio de Nanotecnologia

As belas cidades de Luís Correia e Parnaíba no litoral do Piauí, foram palco para dois grandes eventos científicos de caráter nacional, o "III Workshop da Rede Nanobiomed" e o "I Simpósio de Nanotecnologia do Nordeste". Estes encontros foram destinados a estudantes, pesquisadores e profissionais atuantes ou interessados em nanobiotecnologia nos seus mais variados aspectos. O Evento marcou o terceiro encontro da Rede de Nanobiomedicina da CAPES, sendo a primeira vez que ocorreu fora do Estado de São Paulo, no período de 02 a 07 de Junho de 2012 em nossa região.

Na cerimônia de abertura, ainda na noite do dia 02/06, os participantes tiveram a honra de receber o representante do Ciências Sem Fronteiras do CNPq, maior programa da história do Governo Federal que envolve a capacitação de profissionais no exterior.

Além da brilhante palestra ministrada pelo Dr. Valtencir Zucolotto sobre os avanços e desafios da Nanomedicina, o primeiro dia do Simpósio de Nanotecnologia do Nordeste, dia 06 de junho, foi marcado também pelas apresentações dos professores Dr. Frank Crespilho e Dr. Giovanny Rebouças Pinto. Ambos elogiaram a iniciativa da realização do I Simpósio de Nanotecnologia do Nordeste e falaram da importância do trabalho de pesquisa na região.

A premiação da sessão de painéis contou com a presença do colaborador do Biotec, Dr. Josué de Moraes (Butantan e Vigilância Sanitária de SP), na foto entrega menção honrosa à aluna de mestrado Fernanda, aluna da UFABC, que obteve premiação com o trabalho envolvendo "Biossensores para detecção de glicose em sistemas de mamíferos".

Sobre o seu trabalho, a aluna Fernanda explica: "A miniaturização de dispositivos eletrônicos possibilita a detecção de substâncias com muita eficiência. Também,  o desenvolvimento de novas técnicas de manipulação e fabricação de eletrodos em dispositivos eletroquímicos, com plataformas cada vez mais sensíveis e seletivas, permite aplicações em biossensores amperométricos, biochips implantáveis e eletrodos em biocélulas a combustível. Diferentemente das convencionais células a combustível que atuam com catalisadores metálicos, as biocélulas a combustível empregam biocatalizadores (enzimas ou microorganismos) para acelerar a conversão de energia química em elétrica. Por exemplo, o uso de combustíveis renováveis como glicose vem sendo amplamente aplicados em biocélulas. Uma grande vantagem desse combustível é que ele é facilmente encontrado no sangue de organismos vivos. Geralmente a concentração de glicose no sangue está no intervalo de 3 a 8 mmol L^-1 e o gás oxigênio em aproximadamente 45 µmol L^-1. Isso possibilita o desenvolvimento de biocélulas a combustível de glicose/O₂ para implantáveis. Nesse trabalho, eu apresentei o funcionamento de uma biocélula a combustível de glicose/O₂ implantada por via intravenosa em um rato vivo, com auxílio de um cateter. Também, mostrei novos caminhos para melhoria de sistemas bio-integrados em eletroquímica, apresentando a possibilidade para explorar novos componentes de eletrodos para maximizar a eficiência dos dispositivos implantáveis. "

Para saber mais, vejam as notícias que saíram sobre esse tema no nosso Blog e também em:  

O Piauí foi palco do maior evento de Nanobiotecnologia do País

Eletrônica Orgânica no Brasil: INEO

A eletrônica orgânica, apesar de recente, tem mostrado um grande potencial científico e tecnológico em novos dispositivos, com destaque para a eletrônica flexível, a tecnologia de displays e de células solares e o desenvolvimento de novos sensores e biossensores.

A missão deste Instituto engloba, portanto, o desenvolvimento de ciência e tecnologia em eletrônica orgânica, a difusão do seu conhecimento e do seu potencial científico e tecnológico, bem como a busca de colaborações sinérgicas com os setores industriais afins. O INEO está concentrado em pesquisas envolvendo diferentes classes de materiais orgânicos, foto- e/ou eletroativos, nas áreas de síntese orgânica, estudo de propriedades estruturais, ópticas e elétricas, teoria de transporte em dispositivos e em estrutura eletrônica em nível molecular, processamento e possíveis aplicações dos dispositivos.

Para saber mais sobre o INEO, entre no site oficial!