A nanotecnologia está embutida na sociedade tanto quanto as letras "n-a-n-o" estão embutidas nessa nanoestrutura. A questão é, quão verde é essa nanotecnologia na janela? Veja mais fotos de ciências verdes. artpartner-images / Getty Images Os fãs de ficção científica gostam da ideia, escrito por Arthur C. Clarke, que "qualquer tecnologia suficientemente avançada é indistinguível da magia". Com o advento da nanotecnologia, os materiais aparentemente milagrosos, a supercondutividade sobrenatural e a fotônica paranormal que alimentaram a fantasia por anos parecem estar chegando.
Todo mundo sabe que a magia tem um custo, Contudo, e alguns começaram a questionar se, quando a poeira coloidal assenta da nanorrevolução nascente, o balanço ecológico nos mostrará no preto - ou no vermelho. Entre eles estão os cientistas, engenheiros e legisladores que impulsionam a nanotecnologia verde.
As partículas em nanoescala não são nada naturais ou novas. Eles ocorrem em cinzas vulcânicas, pulverizador de mar, compostos minerais e alguns tipos de bactérias, e trabalhamos com eles desde pelo menos o século IV [fontes:Goldman e Coussens; NNI, "Nanotecnologia 101"]. Então, o que mudou? Métodos avançados de microscopia e manipulação atingiram um ponto crítico, um que nos permite montar brinquedos de mexer na escala de átomos e fitas individuais de DNA.
É um lugar excitante para se estar.
Um nanômetro é um bilionésimo de um metro, ou cerca de 1/100, 000 a espessura de um pedaço de papel. Se uma nanopartícula fosse do tamanho de uma bola de gude, então um metro seria tão grande quanto a Terra [fonte:NNI, "Nanotecnologia 101"]. Esse tamanho assustadoramente pequeno é apenas metade da história, Contudo. A verdadeira magia da nanoescala está nas estranhas regras quânticas que a governam, e a forma como conferem aos materiais características notáveis. Em comparação com seus equivalentes macroscópicos, nanomateriais podem ser mais fortes, melhor na condução de calor ou eletricidade, ou têm propriedades magnéticas diferentes.
A indústria foi rápida em aproveitar o potencial. A nanotecnologia já encontrou seu caminho em centenas de produtos de consumo e aplicações industriais, incluindo chips de computador, automóveis, artigos esportivos, confecções, cosméticos e suplementos dietéticos. Ainda, ainda estamos apenas no limiar do que é possível.
Conforme o progresso acelera, preocupação com o meio ambiente e com a saúde pública deu origem a um apelo por segurança ambiental, mesmo benéfico, pesquisa e desenvolvimento em nanoescala.
Nanotecnologia verde envolve dois objetivos separados, mas relacionados. Por um lado, as características notáveis possíveis em nanoescala prometem inúmeras maneiras de tornar os produtos e processos existentes mais seguros e sustentáveis. No outro, os pesquisadores estão cada vez mais encontrando maneiras de tornar a nanotecnologia menos tóxica ao longo de seu ciclo de vida. Neste artigo, faremos um tour para ver como essas várias abordagens estão funcionando.
Agora vamos fazer como um duende e ficar minúsculo e verde.
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A ameaça de desastre ambiental gerado pela nanotecnologia tem surgido na consciência do público desde 1987, quando Eric Drexler descreveu o cenário da "gosma cinza" do dia do juízo final em seu livro "Engines of Creation". Iniciar, nanomáquinas auto-replicantes invadem o planeta, multiplicando exponencialmente e consumindo tudo à vista, não deixando nada para trás, exceto o goo titular da nanomáquina [fontes:Feder; Drexler].
Desde então, preocupações mais plausíveis, como a falta de informações disponíveis sobre a toxicidade e os efeitos ecológicos de longo prazo das nanopartículas, dominaram a discussão, mas também há uma maneira mais ecológica de ver essa tecnologia minúscula. A nanotecnologia pode realmente ajudar a melhorar o meio ambiente, ambos ao lidar com problemas existentes intratáveis (chamados problemas legados ) e criando soluções sustentáveis para o futuro.
Problemas de legado estão ao nosso redor. Enquanto o vazamento de radiação da Usina Nuclear de Fukushima Daiichi e outros incidentes dominam as notícias, desafios de remediação mais comuns que as comunidades enfrentam diariamente, desde a limpeza de antigos postos de gasolina até o combate a mais de um, 500 sites do Superfund apenas nos Estados Unidos [fonte:EPA, "Lista de Prioridades Nacionais do Superfundo"].
Ferro em nanoescala oferece uma abordagem segura para neutralizar solventes orgânicos clorados, pesticidas à base de cloro orgânico, como DDT e bifenilos policlorados (PCBs). Adicione nanopartículas de ferro ao tetracloroeteno (um solvente comum usado na lavagem a seco) e o ferro oxida, ou enferruja, liberando elétrons. A reação engole esses elétrons, deixando o eteno, um hidrocarboneto de ocorrência natural.
As equipes de limpeza podem injetar ferro em nanoescala sob pressão em solo poluído, onde seu pequeno tamanho permite que seja transportado em águas subterrâneas ou deixado no local para remediação de longo prazo. Fora do local, eles são tão úteis em reatores de lama ou sistemas de filtração. Os cientistas estão atualmente pesquisando aplicações para o uso de ferro em nanoescala para lidar com metais pesados e radionuclídeos [fonte:Zhang].
Podemos recorrer à nanotecnologia para atender a questões de saúde mais básicas, necessidades alimentares e de segurança, também. Por exemplo, sistemas de filtragem de água em nanoescala que transformam contaminados, salobra ou residual em água potável filtrando-a por pressão através de poros muito pequenos para bactérias ou vírus estão em uso há mais de uma década [fonte:Bradbury].
Agora que fizemos a limpeza e muito mais, vamos ver algumas das maneiras pelas quais a nanotecnologia está tornando nosso futuro mais verde, também.
Soluções de poluiçãoUma das principais maneiras pelas quais a nanotecnologia pode diminuir a poluição é por meio desmaterialização - a redução de materiais necessários para a fabricação. Produtos que podem ser auto-montados a partir de pequenos componentes usam muito menos material do que aqueles que construímos de cima para baixo, que geram resíduos e muitas vezes requerem solventes e processos químicos. Enquanto isso, pesquisadores também estão desenvolvendo maneiras engenhosas de monitorar a poluição, como nanosensores que podem detectar bioquimicamente contaminação e patógenos, em tempo real e em grandes áreas [fonte:EPA, "Nanotecnologia:Sensores"].
A nanotecnologia promete melhorar nossa perspectiva ambiental, proporcionando-nos mais retorno para nosso investimento em energia e reduzindo nossa dependência de combustíveis fósseis. Para ver como, considere seu carro de família. Veículos construídos, mesmo parcialmente com nanomateriais, podem ser mais leves, e, portanto, mais eficiente em termos de combustível, sem sacrificar força ou segurança. Sob o capô, nanofiltros podem tirar a gosma do seu suco, de modo que seu carro bombeie menos poluição e sofra menos desgaste em seu motor. Os nanorrevestimentos podem fazer com que os pára-brisas e as pinturas sejam autolimpantes.
Máquinas verdes, como híbridos e veículos a hidrogênio, podem se beneficiar ainda mais. Os engenheiros já estão desenvolvendo células de combustível com nanotubos de carbono para armazenar hidrogênio e aumentar a reatividade. Os nanotubos de carbono também podem um dia substituir a platina cara como o catalisador de célula de combustível de hidrogênio, reduzindo custos [fonte:Battersby].
Graças a nanofotônica , o estudo do comportamento da luz em nanoescala, a nanotecnologia tem suas necessidades de energia atendidas em casa e no escritório também. Os pesquisadores desenvolveram janelas, tintas e revestimentos de filme que eles podem "ajustar" para refletir ou transmitir comprimentos de onda específicos da radiação solar, incluindo a energia infravermelha que experimentamos como calor [fonte:Feder]. É como transformar toda a sua casa em um guarda-sol durante o verão e um cobertor espacial no inverno.
Uma nanoeletrônica mais eficiente se traduzirá em dispositivos que engolem menos energia e a armazenam de maneira mais eficiente - um verdadeiro benefício em nossa era de gadgets gonzo [fonte:Chmiola]. Pontos quânticos , também conhecido como nanocristais semicondutores, em breve poderá alimentar uma tecnologia de display que reúna a eficiência e a longa vida de produtos orgânicos diodos emissores de luz ( OLEDs ) e a durabilidade dos tubos de raios catódicos (CRTs) e telas de cristal líquido (LCDs) [fonte:Dumé].
Mais acima no gasoduto de energia, a nanociência oferece esperança para ampliar fontes alternativas de energia. Painéis solares impressos com nanopartículas requerem menos componentes para operar, o que significa que há menos para consertar, manter ou enterrar posteriormente em aterro. Com custos operacionais mais baixos, esses painéis podem produzir menos energia e ainda assim serem lucrativos [fonte:Markoff]. Os pesquisadores também criaram uma forma de extrair energia da diferença de salinidade entre a água do mar e a água do rio. A técnica se baseia em baterias compostas de eletrodos eriçados de nanobastões [fonte:La Mantia].
Agora você provavelmente está pensando, "Está tudo muito bem, mas quão verdes podem ser as soluções de nanotecnologia se construí-las cria uma bagunça tóxica? ”Como veremos na próxima seção, muitos cientistas e engenheiros estão preocupados com essas mesmas questões, e estão se esforçando para tornar a nanotecnologia mais ecológica desde o início.
A pequena maravilha da superfícieA relação entre a área de superfície de algo e seu volume influencia seu equilíbrio de energia e reatividade. Idealmente, para construir um eletrodo ou catalisador mais eficiente, você simplesmente compactaria o máximo de área de superfície possível em um determinado volume. Infelizmente, esta proporção mágica diminui à medida que as coisas aumentam de escala, especialmente em formas compactas como esferas ou quadrados.
O truque é usar uma forma menos compacta, como um tubo. Como evidenciado pelos intestinos humanos e braquias pulmonares, grande, estruturas finas aglomeram uma grande área de superfície em um espaço pequeno. Com isso em mente, não é surpresa que os pesquisadores estejam adicionando nanotubos aos LEDs, células de combustível, dispositivos elétricos e catalisadores.
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Dada a destruição ambiental causada por outras substâncias aparentemente benéficas, como DDT, não é de admirar que recebamos invenções estranhas como nanotubos de carbono e pontos quânticos com ceticismo, especialmente quando sabemos tão pouco sobre seus efeitos de longo prazo ou toxicidade [fonte:Goodman].
Alimentando ainda mais essas preocupações, estão as descobertas médicas que revelam os efeitos nocivos de certas nanopartículas, como nanotubos de carbono, que causam granulomas pulmonares (esferas de células associadas a doenças) quando inalados por ratos. Os efeitos de outras nanopartículas permanecem inconclusivos - particularmente no que diz respeito aos humanos - mas estudos apontam que ingredientes nanométricos em alguns protetores solares causam danos cerebrais em camundongos e trutas arco-íris por meio do estresse oxidativo [fontes:Karn; Choi; Raloff].
Alternativas naturais para a fabricação em nanoescala podem ser a chave para mitigar esses problemas. No caso do protetor solar, por exemplo, pesquisadores descobriram uma nanopartícula potencialmente mais segura na hera inglesa. A notória tenacidade da videira brota de uma "super cola" amarelada exsudada por seus tentáculos, que é composto de nanopartículas quatro vezes mais eficaz como protetor solar do que o dióxido de titânio ou óxido de ferro. As partículas são biodegradáveis, resistente à água e bloqueia apenas os raios UV [fonte:Raloff].
Idealmente, a construção em nanoescala sintética funcionaria como uma célula, usando simples, substâncias não tóxicas em temperatura ambiente para montar um produto do zero e, em seguida, reciclar ou destruir com eficiência as sobras. Até que tais técnicas sejam possíveis, os pesquisadores verdes estão buscando cada vez mais o uso de processos naturais como inspiração e alternativas seguras para solventes e outros processos perigosos.
Os pesquisadores já encontraram maneiras de usar certas bactérias para criar nanoesferas de selênio, telúrio, seleneto de zinco e seleneto de cádmio em temperatura ambiente, reduzindo a dependência de altas temperaturas, pressões e produtos químicos perigosos [fonte:NNI, "U.S. Geological Survey (USGS)"].
Químicos naturais, como os fitoquímicos que ocorrem naturalmente nas plantas, apresentar outra alternativa verde. Pegue o ouro em nanoescala, uma substância com aplicações em células de combustível, sensores químicos e ferramentas biológicas [fontes:Tufts; Greenberg]. O que antes exigia grandes quantidades de solventes tóxicos inflamáveis e explosivos agora pode ser feito usando apenas um sal de ouro (um composto eletricamente neutro de ouro) e uma solução de chá Darjeeling, canela ou cominho [fontes:Schmidt, Nune et al.].
Por mais emocionantes que sejam as possibilidades, até agora, as nanotecnologias verdes mais inspiradoras permanecem na imaginação dos pesquisadores. Se ou quando eles forem desenvolvidos, eles precisarão de apoio econômico e apoio de mercado para ajudá-los a se tornarem acessíveis e alcançarem o uso generalizado [fonte:Goodman].
Até então, todos nós podemos fazer a nossa parte para tornar a Terra um lugar mais sustentável - em todas as escalas.
Nanopartículas no corpo humanoComo as nanopartículas são tão pequenas, eles ignoram a maioria das estruturas de proteção do corpo, incluindo a barreira hematoencefálica que protege nossa massa cinzenta contra substâncias nocivas. Quando inalado ou injetado, esses minúsculos passageiros clandestinos circulam pela corrente sanguínea e se depositam em órgãos e tecidos, onde eles podem construir. À medida que a resposta imunológica do corpo entra em ação, pode causar superprodução de certos produtos químicos:aqueles necessários para o metabolismo, mas tóxico quando desequilibrado. Este "estresse oxidativo" é especialmente prejudicial aos órgãos com altas necessidades metabólicas, como o cérebro [fonte:Long].
Fontes
