Cientistas ambientais liderados pelo Virginia Tech College of Science descobriram que a queima de carvão produz partículas incrivelmente pequenas de uma forma altamente incomum de óxido de titânio.

Quando inalado, essas nanopartículas podem entrar nos pulmões e, potencialmente, na corrente sanguínea.

As partículas - conhecidas como nanopartículas de subóxido de titânio - são produzidas involuntariamente à medida que o carvão é queimado, criando essas partículas mínimas, tão pequeno quanto 100 milionésimos de um metro, disse a equipe liderada pela Virginia Tech. Quando as partículas são introduzidas no ar - a menos que sejam capturadas por armadilhas de partículas de alta tecnologia - elas podem flutuar para longe das pilhas da usina e viajar nas correntes de ar localmente, regionalmente, e até mesmo globalmente.

Como exemplo disso, essas nanopartículas foram encontradas nas ruas da cidade, calçadas, e em águas paradas em Xangai, China.

Os resultados foram publicados na última edição da Nature Communications sob o comando do líder da equipe Michael F. Hochella Jr., Distinto Professor Universitário de Geociências com o College of Science, e Yi Yang, professor da East China Normal University em Xangai. Outros participantes do estudo incluem a Duke University, a Universidade de Kentucky, e a Laurentian University no Canadá.

“O problema com essas nanopartículas é que não existe uma maneira fácil ou prática de evitar sua formação durante a queima do carvão, "Hochella disse, acrescentando que em nações com fortes regulamentações ambientais, como os Estados Unidos, a maioria das nanopartículas seria capturada por armadilhas de partículas. Não é assim na África, China, ou Índia, onde os regulamentos são frouxos ou inexistentes, com cinzas de carvão e fumaça entrando ao ar livre.

"Devido à tecnologia avançada usada nas usinas de queima de carvão dos EUA, exigido pela Lei do Ar Limpo e a Agência de Proteção Ambiental, a maioria dessas nanopartículas e outras partículas minúsculas são removidas antes da emissão final dos gases de exaustão da planta, "Hochella disse." Mas em países onde as partículas da queima do carvão não são removidas de forma tão eficiente, ou removido, essas nanopartículas de subóxido de titânio e muitos outros tipos de partículas são emitidos para a atmosfera, em parte resultando em céus nebulosos que assolam muitos países, especialmente na China e na Índia. "

Hochella e sua equipe encontraram essas nanopartículas até então desconhecidas não apenas nas cinzas de carvão de todo o mundo e nas emissões de resíduos gasosos de usinas de carvão, mas nas ruas da cidade, em solos e lagoas de águas pluviais, e em estações de tratamento de águas residuais.

"Não pude acreditar no que encontrei no início, porque eles foram relatados tão raramente no ambiente natural, "disse Yang, que já trabalhou como professor visitante no Departamento de Geociências da Virginia Tech com Hochella. "Levei vários meses para confirmar sua ocorrência em amostras de cinzas de carvão."

O subóxido de titânio recém-descoberto - chamado de fases de Magnéli - já foi considerado raro, encontrado apenas com moderação na Terra em alguns meteoritos, de uma pequena área de formações rochosas no oeste da Groenlândia, e ocasionalmente em rochas lunares. As descobertas de Hochella e sua equipe indicam que essas nanopartículas estão, de fato, disseminadas globalmente. Eles só agora estão sendo estudados pela primeira vez em ambientes naturais usando poderosos microscópios eletrônicos.

Por que a descoberta ocorreu agora? De acordo com o relatório, quase todo o carvão contém traços dos minerais rutilo e / ou anatásio, ambos "normais, " ocorrendo naturalmente, e óxidos de titânio relativamente inertes, especialmente na ausência de luz. Quando esses minerais são queimados na presença de carvão, pesquisas descobriram que eles se convertiam fácil e rapidamente nessas nanopartículas incomuns de subóxido de titânio. As nanopartículas são arrastadas pelos gases que saem da usina.

Quando inalado, as nanopartículas entram profundamente nos pulmões, potencialmente até os sacos de ar que movem o oxigênio para a corrente sanguínea durante o processo normal de respiração. Embora a toxicidade pulmonar humana dessas partículas ainda não seja conhecida, um teste preliminar de biotoxicidade por Hochella e Richard Di Giulio, professor de toxicologia ambiental, e Jessica Brandt, um candidato a doutorado, ambos na Duke University, indica que as partículas realmente têm potencial de toxicidade.

De acordo com a equipe, mais estudos são claramente necessários, especialmente os testes de biotoxicidade diretamente relevantes para o pulmão humano. A parceria com usinas de carvão nos Estados Unidos ou na China seria o ideal, disse Yang.

Mais preocupante, o estudo mostra que as nanopartículas de subóxido de titânio são biologicamente ativas no escuro, tornando as partículas altamente suspeitas. Os efeitos exatos sobre a saúde humana ainda são desconhecidos.

"Estudos futuros precisarão investigar com muito cuidado e avaliar a toxicidade das nanopartículas de subóxido de titânio no pulmão humano, e isso pode levar anos, um pensamento sério, considerando seu perigo potencial, "Disse Hochella.

Como a própria nanopartícula de subóxido de titânio é produzida incidentalmente, Hochella e sua equipe encontraram a nanopartícula por acidente enquanto estudavam um derramamento de cinzas de carvão em 2014 no rio Dan, Carolina do Norte. Durante o estudo do movimento a jusante de metais tóxicos nas cinzas do rio Dan, a equipe descobriu e reconheceu a presença de pequenas quantidades do subóxido de titânio altamente incomum.

O grupo posteriormente produziu as nanopartículas de subóxido de titânio ao queimar carvão em uma simulação de laboratório.

Este novo perigo potencial de poluição do ar se baseia em descobertas já estabelecidas da Organização Mundial da Saúde. Estima-se que 3,3 milhões de mortes prematuras ocorram em todo o mundo por ano devido ao ar poluído, Hochella disse. Na China, 1,6 milhão de mortes prematuras são estimadas anualmente devido a lesões cardiovasculares e respiratórias causadas pela poluição do ar. A maioria das megacidades chinesas atinge 100 dias severamente nebulosos a cada ano, com concentrações de partículas duas a quatro vezes maiores do que as diretrizes da OMS, Yang disse.

Os efeitos diretos para a saúde em humanos são apenas um fator. As descobertas de milhares de cientistas determinaram que o maior motor do aquecimento do planeta e da mudança climática resultante é a queima de carvão em escala industrial. O impacto das nanopartículas de subóxido de titânio encontradas na atmosfera, além dos gases de efeito estufa, em animais, agua, e as plantas ainda não são conhecidas.