Iluminação com LEDs produz vegetais mais saudáveis

Fonte: Site Inovação Tecnológica

Cientistas da Lituânia descobriram que uma iluminação à base de LEDs, aplicado durante apenas três dias, é capaz de melhorar a qualidade nutricional de verduras e legumes, principalmente dos vegetais verdes folhosos.

A tecnologia com tratamento dos vegetais com luz poderá ser aplicada em estufas para reforçar os nutrientes dos vegetais no período pré-colheita.

Nitratos e nutrientes

O experimento foi feito em plantações de alface, orégano e cebolinha. Os vegetais foram cultivados em estufa, sob luz ambiente, com um reforço de iluminação noturna com uma lâmpada de vapor de sódio.

Nos três dias anteriores à colheita, os vegetais receberam a iluminação noturna de um conjunto de diodos emissores de luz, os LEDs, lâmpadas de estado sólido de baixo consumo de energia, do mesmo tipo encontrado na maioria dos aparelhos eletrônicos.

O resultado foi uma redução no nível de nitratos nos vegetais que variou de 44 a 65%.

O maior nível de redução dos nitratos foi verificado nas plantações de alface cultivado por hidroponia. Depois de um tratamento de três dias sob a luz de LEDs vermelhos, os testes mostraram uma redução de 65% na concentração de nitratos.

Além de diminuir a concentração de nitratos danosos à saúde, o fluxo de fótons de alta densidade gerado pelos LEDs também elevou os níveis de nutrientes dos vegetais.

Plantas iluminadas com LEDs

Segundo Giedre Samuoliene, coordenador da pesquisa, a tecnologia é diferente da já difundida prática das lâmpadas de sódio de alta pressão.

Os iluminadores de estado sólido limitam a quantidade de calor radiante, já que os LEDs têm luz fria, permitindo uma maior intensidade na fotossíntese.

Além disso, a técnica exige apenas um tratamento curto, pouco antes da colheita, em vez de uma iluminação durante o ciclo completo da cultura.

O investimento inicial na aquisição dos iluminadores de LED pode ser caro, afirma Samuoliene, mas a técnica é economicamente viável porque o tratamento é aplicado durante apenas 10% do tempo da cultura, com um baixíssimo consumo de energia.

Há também a perspectiva das vantagens de um eventual sobre-preço pelo fornecimento de vegetais mais saudáveis.

Bibliografia:
Decrease in Nitrate Concentration in Leafy Vegetables Under a Solid-state Illuminator
Giedre Samuoliene, Akvile Urbonaviciute, Pavelas Duchovskis, Zenonas Bliznikas, Pranciskus Vitta, Arturas Zukauskas
ASHS HortScience
Vol.: 44: 1857 - 1860

Motor diesel flex adapta-se ao biodiesel para eliminar poluentes

Fonte: Site Inovação Tecnológica

Poluição do biodiesel

O interesse pelo biodiesel é mundial, qualquer que seja a biomassa utilizada em sua produção.

Contudo, ao contrário do diesel normal, o biodiesel contém oxigênio. Ao reagir com o nitrogênio, o oxigênio se transforma no principal responsável pela maior poluição causada pelos motores a óleo quando eles são alimentados com o biodiesel.

Da mesma forma que a gasolina recebe uma mistura de álcool antes de chegar às bombas, o diesel recebe uma determinada proporção de biodiesel. Isso reduz bastante as emissões de particulados, a conhecida e desagradável fumaça dos motores diesel.

Entretanto, quando alimentados com uma parcela de biodiesel, mesmo os mais modernos motores eletrônicos passam a emitir até 40% a mais de óxidos de nitrogênio, e o consumo de combustível se eleva em até 20%.

Recirculação dos gases de escape

Recentemente, engenheiros alemães construíram um motor diesel tão limpo que é difícil medir suas emissões. Para isso eles usaram um novo sistema de alta compressão.

Os pesquisadores da Universidade Purdue, nos Estados Unidos, utilizaram uma abordagem diferente, mais parecida com os sistemas de controle dos motores flex brasileiros.

Um fator chave no desenvolvimento é uma inovação recente chamada de recirculação dos gases de escape, que redireciona os gases queimados de volta para os cilindros do motor, reduzindo as emissões de poluentes.

Os pesquisadores descobriram que as emissões de óxidos de nitrogênio aumentam muito nos motores equipados com esta tecnologia de recirculação dos gases de escape em comparação com os motores mais antigos. Entretanto, os motores mais recentes ainda emitem menos óxidos de nitrogênio do que os motores mais antigos.

Motor diesel flex

Os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica de controle de circuito fechado que utiliza modelos computadorizados para ajustar automaticamente as configurações do motor com base no feedback de sensores.

Como nos motores flex tradicionais, algoritmos de software usam dados dos sensores para determinar a mistura de combustível que está sendo queimada a cada instante.

Se o combustível for alterado, o sistema identifica o novo combustível e faz ajustes críticos na temporização da injeção de combustível, na relação ar-combustível e quanto dos gases de escape devem ser redirecionados para dentro dos cilindros.

"Você precisa ser capaz de estimar qual é a relação de mistura e assim saber o que está entrando no motor", explica o engenheiro Gregory Shaver. "Será 20 por cento de biodiesel misturado com 80 por cento de diesel comum? Então nós podemos fazer algo para reduzir os óxidos de nitrogênio para níveis compatíveis com o combustível convencional, que não têm oxigênio."

Conversão para motor flex

A maioria dos SUV e caminhões atuais já estão equipados com sensores de oxigênio em seus sistemas de escapamento e módulos sofisticados de controle eletrônico, o que faz os engenheiros afirmarem que sua técnica pode ser utilizada até mesmo nos veículos já em circulação, cujos motores poderiam ser convertidos para flex.

"A técnica só adiciona uma ou duas lições de inteligência extra para o módulo de controle eletrônico do motor", afirma Shaver.

Os testes foram feitos em um motor Cummins 6,7 litros de seis cilindros, que atualmente equipa as picapes Dodge Ram. O combustível utilizado era formado por uma mistura de diesel e biodiesel feito de soja.

Bibliografia:
Stock and Optimized Performance and Emissions with 5 and 20% Soy Biodiesel Blends
Michael Bunce, David Snyder, Gayatri Adi, Carrie Hall, Jeremy Koehler, Bernabe Davila, Shankar Kumar, Phanindra Garimella, Donald Stanton, Gregory Shaver
Energy & Fuels
Vol.: 2010, 24 (2), pp 928-939
DOI: 10.1021/ef9011033

Spin de um átomo é fotografado pela primeira vez

Fonte: Site Inovação Tecnológica

Spin

Um grupo internacional de cientistas conseguiu pela primeira vez fazer imagens diretas do spin de um átomo.

O spin é uma propriedade quântica fundamental das partículas elementares. Embora o termo seja usado em várias acepções, para efeitos experimentais o spin é entendido como se fosse um minúsculo ímã, apresentando uma orientação, que pode ser "para cima" ou "para baixo".

Os termos "para cima" ou "para baixo" são convenções usadas para representar a orientação do spin, mas o que importa é que ele pode ser usado para armazenar um bit de informação, assumindo um valor que pode ser 0 ou 1.

Spintrônica

Fazer um spin passar de 0 para 1 e vice-versa requer pouquíssima energia, muito menos do que o fluxo de elétrons usado nos computadores atuais.

Isso tem levado os cientistas a apostarem no advento da spintrônica, complementando ou mesmo substituindo a eletrônica atual, viabilizando a construção de computadores menores, mais rápidos e com consumo de energia muito menor.

Apesar dos progressos recentes na área, contudo, até hoje ninguém havia realmente visto um spin.

Fotos do spin

Para conseguir o feito, os cientistas das universidades de Ohio, nos Estados Unidos, e Hamburgo, na Alemanha, tiveram que construir um microscópio eletrônico sob medida para a tarefa.

O microscópio de varredura por tunelamento (STM: Scanning Tunneling Microscopy) recebeu uma ponta recoberta com ferro para conseguir manipular átomos de cobalto colocados sobre uma placa de manganês.

Ao reposicionar os átomos de cobalto sobre a superfície, eles alteraram a direção dos spins dos elétrons desses átomos.

Nas imagens registradas pelos cientistas, os átomos de cobalto aparecem como uma saliência única se a direção do spin estiver apontando "para cima", e como uma saliência dupla se ele estiver apontando "para baixo."

1 bit por átomo

O estudo sugere que é possível não apenas observar, mas também manipular diretamente o spin, uma descoberta que poderá ter impacto sobre o desenvolvimento futuro de sistemas de armazenamento magnético de maior capacidade e menores, de computadores quânticos e dos tão esperados dispositivos spintrônicos.

"Diferentes direções do spin podem representar diferentes estados para o armazenamento de dados," afirma Saw-Wai Hla, um dos autores do estudo.

Cada bit magnético registrado no disco rígido de um computador utiliza dezenas de milhares de átomos. "No futuro, nós poderemos usar um só átomo, guardando o bit em seu spin, multiplicando a capacidade dos computadores por milhares de vezes," diz Hla.

Construção de novos materiais

Mas isto ainda deverá demorar um pouco. O experimento que permitiu fotografar os spins dos átomos de cobalto foi feito a uma temperatura de 10 Kelvin, utilizando hélio líquido.

Há um longo caminho até que a manipulação dos spins agora demonstrada - sem a utilização de campos magnéticos externos e com uma magnetização tão estável que permitiu fazer uma fotografia do spin - possa ser feita a temperatura ambiente.

Apesar disso, o experimento é importante para o estudo das propriedades magnéticas de materiais em geral, já que ele demonstrou a possibilidade de manipular os átomos e detectar seus spins simultaneamente. Isto abre a perspectiva sobretudo para a construção de novos materiais com propriedades customizadas.

Para um outro feito importante nesta área, veja a reportagem Molécula individual é fotografada pela primeira vez.

Bibliografia:
Imaging and manipulating the spin direction of individual atoms
David Serrate, Paolo Ferriani, Yasuo Yoshida, Saw-Wai Hla, Matthias Menzel, Kirsten von Bergmann, Stefan Heinze, Andre Kubetzka, Roland Wiesendanger
Nature Nanotechnology
25 April 2010
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1038/nnano.2010.64

Folhas empilhadas de grafeno armazenam hidrogênio

Fonte: Site Inovação Tecnológica

Folhas de grafeno, formadas cada uma por um único átomo de espessura, e sobrepostas, formam um material promissor para o armazenamento de hidrogênio.

Os resultados de uma nova pesquisa sugerem que as pilhas de camadas de grafeno poderiam armazenar o hidrogênio de forma segura para utilização em células a combustível e outras aplicações.

Tanque sólido de hidrogênio

O grafeno tornou-se a maior das celebridades entre os novos materiais nos últimos anos graças, às suas propriedades condutoras, térmicas e ópticas, que o tornam útil em uma variedade muito grande de aplicações.

Em sua forma original, o grafeno não é bom para armazenar hidrogênio, segundo a equipe de cientistas do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST) e da Universidade da Pensilvânia, ambos nos Estados Unidos.

Mas se as folhas de grafeno forem oxidadas e empilhadas umas sobre as outras, com moléculas entre elas que funcionam tanto como ligantes quanto como espaçadores, elas formam o chamado GOF (graphene-oxide framework), uma estrutura de óxido de grafeno que é capaz de acomodar grandes quantidades de hidrogênio.

Há muito tempo os cientistas sabem que, para viabilizar o uso do gás não-poluente em veículos, o hidrogênio deverá ser armazenado na forma de um sólido e não em tanques de gás pressurizado. Mas a busca por materiais que incorporem o hidrogênio em sua estrutura tem dado resultados modestos até agora.

GOFs - estruturas de óxido de grafeno

Para criar os GOFs, a equipe se inspirou nos MOFs, ou estruturas metal-orgânicas, que estão sendo muito pesquisadas para o armazenamento de hidrogênio e para a captura de CO2 da atmosfera.

"Tanto quanto sabemos, ninguém até hoje fabricou um GOF," afirma o Dr. Taner Yildirim, do NIST. "O que descobrimos até agora, porém, indica que os GOFs podem conter pelo menos cem vezes mais moléculas de hidrogênio do que o óxido de grafeno normal. A síntese fácil, de baixo custo e a não-toxicidade do grafeno tornam esse material um candidato promissor para aplicações de armazenamento de gás."

Os GOFs podem reter 1 por cento do seu peso em hidrogênio a uma temperatura de 77 graus Kelvin e a pressão atmosférica normal, o que se aproxima dos 1,2 por cento que algumas estruturas metal-orgânicas podem conter.

Liberação do hidrogênio sob demanda

Outra descoberta potencialmente útil feita pela equipe é a relação incomum apresenta pelos GOFs entre a temperatura e a absorção de hidrogênio. Na maioria dos materiais de armazenamento, quanto menor a temperatura, maior a absorção de hidrogênio.

No entanto, a equipe descobriu que os GOFs se comportam de forma bastante diferente. Embora um GOF possa absorver hidrogênio, ele não o faz em quantidades significativas abaixo de 50 Kelvin (-223 graus Celsius).

Além disso, ele não libera nenhuma molécula de hidrogênio abaixo dessa "temperatura de bloqueio", sugerindo que, com o prosseguimento das pesquisas, os GOFs poderão armazenar o hidrogênio e liberá-lo quando for necessário, um requisito fundamental para sua aplicação em células a combustível.

Moléculas de ligação

Algumas das capacidades dos GOFs são devidas às próprias moléculas de ligação. A equipe usou ácidos benzeno-borônicos que interagem fortemente com o hidrogênio.

Mas a manutenção de vários angstroms de espaço entre as camadas de grafeno, à semelhança dos pilares que sustentam os andares de um edifício, ajuda a aumentar a área disponível de cada camada, abrindo mais pontos nas moléculas espaçadoras onde o hidrogênio pode se ligar.

Bibliografia:
Gas adsorption properties of grafeno-oxide-frameworks and nanoporous benzene-boronic acid polymers
Jacob Burress, Jason Simmons, Jamie Ford, Taner Yildirim
Proceedings of the American Physical Society Conference
March, 2010
Vol.: 55, Number 2