p Cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) desenvolveram um instrumento de laboratório que pode medir quanto do carbono em muitos materiais que contêm carbono foi derivado de combustíveis fósseis. Isso abrirá caminho para novos métodos nas indústrias de biocombustíveis e bioplásticos, na pesquisa científica, e monitoramento ambiental. Entre outras coisas, permitirá aos cientistas medir quanto do dióxido de carbono (CO ₂ ) na atmosfera veio da queima de combustíveis fósseis, e para estimar as emissões de combustíveis fósseis em uma área tão pequena como uma cidade ou tão grande quanto um continente. p Isso é possível porque os átomos de carbono ocorrem em formas pesadas e leves, ou isótopos, e medir as quantidades relativas de cada um pode revelar a fonte do carbono. Usar isótopos de carbono desta forma não é uma ideia nova, mas requer medições extremamente precisas - e caras. O novo instrumento, desenvolvido pelos químicos do NIST Adam Fleisher e David Long e com base em uma tecnologia chamada espectroscopia de anel de cavidade (CRDS), promete reduzir drasticamente o custo dessas medições. Eles descreveram o desempenho do instrumento no Journal of Physical Chemistry Letters .

p "Medir isótopos de carbono é uma técnica extremamente útil, mas até agora, encontrou uso limitado por causa do custo, "disse Long." A redução do custo abrirá o caminho para novas aplicações, especialmente aqueles que exigem o teste de um grande número de amostras. "

p A chave para essas medições é o carbono-14, um isótopo radioativo (embora inofensivo) de carbono que é formado na alta atmosfera. Esse carbono-14 encontra seu caminho em todas as coisas vivas. Ao contrário do carbono regular, carbono-14 é instável, com meia-vida de 5, 730 anos. Quando as coisas vivas morrem, eles param de incorporar carbono em seus corpos, e seu carbono-14 começa a se decompor.

p Os cientistas podem calcular há quanto tempo algo morreu medindo a quantidade de carbono-14 em seus restos. Essa técnica é chamada de datação por carbono, e os cientistas usam para datar coisas como ossos de Neandertal e fibras de plantas antigas.

p Os combustíveis fósseis também são restos de seres vivos, principalmente plantas que morreram há centenas de milhões de anos. Praticamente todo o seu carbono-14 decaiu eras atrás, portanto, qualquer coisa derivada deles é marcada pela ausência de quantidades mensuráveis ​​de carbono-14.

p Mas o carbono-14 é extremamente raro, e usá-lo para identificar combustíveis fósseis, os cientistas precisam ser capazes de medi-lo em concentrações tão baixas quanto 1 parte em 10 trilhões. Isso equivale a um único grão de areia em 60 caminhões basculantes cheios desse material.

p Para medir concentrações tão baixas, você precisa de uma técnica de medição extremamente sensível, e tal técnica já existe. Os arqueólogos confiam nele há décadas. Mas essa técnica requer um acelerador de partículas para separar os isótopos (o carbono-14 mais pesado acelera mais lentamente do que o carbono-12 comum), junto com uma instalação para abrigá-lo e uma equipe de PhDs para administrá-lo.

p O instrumento CRDS que Fleisher e Long desenvolveram pode ser colocado em uma bancada de laboratório e é relativamente barato de operar.

p Os instrumentos CRDS analisam os gases detectando os comprimentos de onda da luz que eles absorvem. Por exemplo, CO ₂ que contém carbono-14, o chamado CO pesado ₂ - absorve um comprimento de onda ligeiramente diferente do CO regular ₂ .

p Para medir quanto CO pesado ₂ você tem em um CO ₂ amostra, você primeiro injeta a amostra na cavidade de medição do instrumento (o "C" no CRDS), que é um tubo com espelhos dentro de cada extremidade. Em seguida, você sintoniza um laser no comprimento de onda exato que apenas CO pesado ₂ absorve e dispara uma explosão na cavidade. Conforme a luz do laser salta entre os espelhos, parte de sua energia é absorvida pelo gás. Quanto maior for a absorção, quanto maior a concentração de CO pesado ₂ .

p Para alcançar a sensibilidade necessária, Fleisher e Long aprimoraram a tecnologia CRDS existente projetando um sistema que resfria a cavidade a uma temperatura uniforme de menos 55 graus Celsius e minimiza as flutuações de temperatura que prejudicariam a medição. Tornar a cavidade muito fria permite que seu instrumento detecte sinais muito fracos de absorção de luz, da mesma forma que você ouviria um alfinete cair se deixasse uma sala extremamente silenciosa.

p Esta e outras melhorias aumentaram a sensibilidade do instrumento o suficiente para uma datação por carbono precisa.

p Para testar biocombustíveis e bioplásticos, você primeiro queimaria esses materiais, em seguida, colete o CO resultante ₂ para análise. Isso permitiria que você teste uma mistura de combustível para determinar qual fração dela é biocombustível. Na indústria de aviação, por exemplo, isso seria útil porque alguns países exigem que os combustíveis para aviação incluam uma porcentagem específica de biocombustível. Esses testes também podem ser usados ​​para verificar se os bioplásticos, que vendem por um prêmio, não contêm compostos derivados do petróleo.

p Para estimar as emissões de combustíveis fósseis em uma área geográfica, você coletaria muitas amostras de ar naquela área e analisaria o CO atmosférico ₂ nessas amostras. Áreas com altas emissões de combustíveis fósseis, como cidades e zonas industriais, terá concentrações abaixo do normal de CO pesado ₂ .

p "As emissões de combustíveis fósseis diluem a concentração de CO pesado ₂ no ar, "disse Fleisher." Se pudermos medir com precisão essa concentração depois de diluída, podemos calcular quantas emissões de combustíveis fósseis estão na mistura. "

p Um relatório da National Academy of Sciences estimou que 10, 000 amostras por ano, coletados em locais cuidadosamente escolhidos nos Estados Unidos, seria o suficiente para estimar as emissões nacionais de combustíveis fósseis em 10% do valor real. Esse sistema de medições pode aumentar a confiabilidade das estimativas nacionais de emissões. Isso seria especialmente útil em partes do mundo onde dados de emissões de alta qualidade não estão prontamente disponíveis.

p “Há necessidade desse tipo de medição em muitas indústrias, "Fleisher disse." Demonstramos um caminho para atender a essa necessidade de maneira econômica. "