Em cima da mesa de Thomas Peacock está uma pedra marrom de aparência comum. Quase do tamanho de uma batata, tem estado no centro de décadas de debate. Conhecido como nódulo polimetálico, passou 10 milhões de anos sentado no fundo do mar, 15, 000 pés abaixo do nível do mar. O nódulo contém níquel, cobalto, cobre, e manganês - quatro minerais essenciais no armazenamento de energia.

"À medida que a sociedade avança para dirigir mais veículos elétricos e utilizar energia renovável, haverá um aumento da demanda por esses minerais, fabricar as baterias necessárias para descarbonizar a economia, "diz Peacock, professor de engenharia mecânica e diretor do Laboratório de Dinâmica Ambiental do MIT (END Lab). Ele faz parte de uma equipe internacional de pesquisadores que vem tentando entender melhor o impacto ambiental da coleta de nódulos polimetálicos, um processo conhecido como mineração em alto mar.

Os minerais encontrados nos nódulos, particularmente cobalto e níquel, são os principais componentes das baterias de íon de lítio. Atualmente, As baterias de íon de lítio oferecem a melhor densidade de energia de qualquer bateria disponível no mercado. Esta alta densidade de energia os torna ideais para uso em tudo, desde telefones celulares a veículos elétricos, que requerem grandes quantidades de energia dentro de um espaço compacto.

"Espera-se que esses dois elementos apresentem um enorme crescimento na demanda devido ao armazenamento de energia, "diz Richard Roth, diretor do Laboratório de Sistemas de Materiais do MIT.

Enquanto os pesquisadores exploram tecnologias alternativas de bateria, como baterias de íon de sódio e baterias de fluxo que utilizam células eletroquímicas, essas tecnologias estão longe da comercialização.

"Poucas pessoas esperam que qualquer uma dessas alternativas de íon-lítio esteja disponível na próxima década, "explica Roth." Esperar por tecnologias e químicas de bateria futuras desconhecidas pode atrasar significativamente a adoção generalizada de veículos elétricos. "

Vastas quantidades de níquel especial também serão necessárias para construir baterias em maior escala, que serão necessárias à medida que as sociedades procuram mudar de uma rede elétrica alimentada por combustíveis fósseis para uma alimentada por recursos renováveis ​​como a energia solar, vento, aceno, e térmico.

“A coleta de nódulos do fundo do mar está sendo considerada um novo meio de obtenção desses materiais, mas antes de fazer isso, é imperativo compreender totalmente o impacto ambiental dos recursos de mineração do oceano profundo e compará-lo com o impacto ambiental dos recursos de mineração na terra, "explica Peacock.

Depois de receber o financiamento inicial da Iniciativa de Soluções Ambientais (ESI) do MIT, Peacock foi capaz de aplicar sua experiência em dinâmica de fluidos para estudar como a mineração em alto mar pode afetar os ecossistemas circundantes.

Atendendo à demanda por armazenamento de energia

Atualmente, o níquel e o cobalto são extraídos por meio de operações de mineração em terra. Grande parte dessa mineração ocorre na República Democrática do Congo, que produz 60 por cento do cobalto do mundo. Essas minas terrestres costumam impactar os ambientes circundantes por meio da destruição de habitats, erosão, e contaminação do solo e da água. Também existem preocupações de que a mineração terrestre, especialmente em países politicamente instáveis, pode não ser capaz de fornecer esses materiais em quantidade suficiente à medida que a demanda por baterias aumenta.

Estima-se que a faixa de oceano localizada entre o Havaí e a Costa Oeste dos Estados Unidos - também conhecida como Zona de Fratura Clarion Clipperton - possui seis vezes mais cobalto e três vezes mais níquel do que todos os depósitos terrestres conhecidos, bem como vastos depósitos de manganês e uma quantidade substancial de cobre.

Embora o fundo do mar seja abundante com esses materiais, pouco se sabe sobre os efeitos ambientais de curto e longo prazo da mineração 15, 000 pés abaixo do nível do mar. Peacock e seu colaborador, Professor Matthew Alford, do Scripps Institution of Oceanography e da University of California em San Diego, estão liderando a busca para entender como as plumas de sedimentos geradas pela coleção de nódulos do fundo do mar serão carregadas pelas correntes de água.

"A questão chave é, se decidirmos fazer uma pluma no local A, qual a distância que se espalha antes de eventualmente chover no fundo do mar? ", explica Alford." Essa capacidade de mapear a geografia do impacto da mineração do fundo do mar é uma incógnita crucial no momento. "

A pesquisa que Peacock e Alford estão conduzindo ajudará a informar as partes interessadas sobre os potenciais efeitos ambientais da mineração em alto mar. Uma questão urgente é que projetos de regulamentação de exploração para mineração em alto mar em áreas fora da jurisdição nacional estão sendo negociados pela Autoridade Internacional dos Fundos Marinhos (ISA), uma organização independente estabelecida pelas Nações Unidas que regula todas as atividades de mineração no fundo do mar. A pesquisa de Peacock e Alford ajudará a orientar o desenvolvimento de padrões e diretrizes ambientais a serem emitidos de acordo com esses regulamentos.

"Temos uma oportunidade única de ajudar os reguladores e outras partes interessadas a avaliar projetos de regulamentação usando nossos dados e modelagem, antes do início das operações e lamentamos o impacto de nossa atividade, "diz Carlos Munoz Royo, um Ph.D. estudante no END Lab do MIT.

Rastreamento de plumas na água

Na mineração em alto mar, um veículo coletor seria implantado de um navio. O veículo coletor então viaja 15, 000 pés até o fundo do mar, onde aspira os primeiros dez centímetros do fundo do mar. Este processo cria uma pluma conhecida como pluma de coletor.

"Conforme o coletor se move pelo fundo do mar, ele agita os sedimentos e cria uma nuvem de sedimentos, ou pluma, que é levado e distribuído pelas correntes oceânicas, "explica Peacock.

O veículo coletor recolhe os nódulos, que são bombeados por um tubo de volta ao navio. No navio, os nódulos utilizáveis ​​são separados dos sedimentos indesejados. Esse sedimento é canalizado de volta para o oceano, criando uma segunda pluma, conhecido como pluma de descarga.

Peacock colaborou com Pierre Lermusiaux, professor de engenharia mecânica e de ciência e engenharia oceânica, e Glenn Flierl, professor da Terra, atmosférico, e ciências planetárias, para criar modelos matemáticos que prevejam como essas duas plumas viajam pela água.

Para testar esses modelos, Peacock começou a rastrear plumas reais criadas pela mineração do fundo do Oceano Pacífico. Com financiamento do MIT ESI, ele embarcou no primeiro estudo de campo dessas plumas. Ele foi acompanhado por Alford e Eric Adams, engenheiro de pesquisa sênior no MIT, bem como outros pesquisadores e engenheiros do MIT, Scripps, e o Serviço Geológico dos Estados Unidos.

Com financiamento do UC Ship Funds Program, a equipe conduziu experimentos em consulta com o ISA durante uma expedição de uma semana no Oceano Pacífico a bordo do R / V Sally Ride da Marinha dos EUA em março de 2018. Os pesquisadores misturaram sedimentos com um corante traçador que puderam rastrear usando sensores no navio desenvolvido pelo grupo Multiscale Ocean Dynamics da Alford. Ao fazer isso, eles criaram um mapa das viagens das plumas.

Os experimentos de campo demonstraram que os modelos Peacock e Lermusiaux desenvolvidos podem ser usados ​​para prever como as plumas viajarão pela água - e podem ajudar a dar uma imagem mais clara de como a biologia circundante pode ser afetada.

Impacto em organismos do fundo do mar

A vida no fundo do oceano se move em um ritmo glacial. O sedimento se acumula a uma taxa de 1 milímetro a cada milênio. Com uma taxa de crescimento tão lenta, as áreas perturbadas pela mineração em alto mar dificilmente se recuperarão em um prazo razoável.

“A preocupação é que se houver uma comunidade biológica específica para a área, pode ser irremediavelmente impactado pela mineração, "explica Peacock.

De acordo com Cindy Van Dover, professor de oceanografia biológica na Duke University, além de organismos que vivem dentro ou ao redor dos nódulos, outros organismos em outras partes da coluna d'água podem ser afetados à medida que as plumas viajam.

"Pode haver entupimento das estruturas de alimentação do filtro de, por exemplo, organismos gelatinosos na coluna de água, e sepultamento de organismos no sedimento, "ela explica." Também pode haver alguns metais que entram na coluna de água, portanto, há preocupações sobre a toxicologia. "

A pesquisa de Peacock com plumas pode ajudar biólogos como Van Dover a avaliar os danos colaterais das operações de mineração em alto mar nos ecossistemas circundantes.

Elaboração de regulamentos para mineração no mar

Por meio de conexões com o Laboratório de Políticas do MIT, o Instituto é uma das duas únicas universidades de pesquisa com status de observador no ISA.

“A pesquisa da pluma é muito importante, e o MIT está ajudando com a experimentação e desenvolvimento de modelos de pluma, que é vital para informar o trabalho atual da Autoridade Internacional dos Fundos Marinhos e sua base de partes interessadas, "explica Chris Brown, consultor do ISA. Brown foi um das dezenas de especialistas que se reuniram no campus do MIT no outono passado para um workshop discutindo os riscos da mineração em alto mar.

A data, a pesquisa de campo conduzida por Peacock e Alford é o único conjunto de dados oceânicos em plumas de meia água que existe para ajudar a orientar a tomada de decisões. A próxima etapa para entender como as plumas se movem na água será rastrear as plumas geradas por um veículo coletor protótipo. Peacock e sua equipe no END Lab estão se preparando para participar de um importante estudo de campo usando um veículo protótipo em 2020.

Graças ao financiamento recente fornecido pelo Projeto 11ª Hora, Peacock e Lermusiaux esperam desenvolver modelos que forneçam previsões cada vez mais precisas sobre como as plumas de mineração em águas profundas viajarão pelo oceano. Eles continuarão a interagir com colegas acadêmicos, agências internacionais, ONGs, e empreiteiros para desenvolver uma imagem mais clara do impacto ambiental da mineração em alto mar.

"É importante ter a opinião de todas as partes interessadas no início da conversa para ajudar a tomar decisões informadas, para que possamos compreender totalmente o impacto ambiental dos recursos de mineração do oceano e compará-lo ao impacto ambiental dos recursos de mineração na terra, "diz Peacock.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.