Derramamentos de óleo oceânicos são difíceis de limpar. Eles tingem as penas de sépia xaroposa e curtem os ovos de peixes com uma tonalidade tóxica. Quanto mais turbulentas as águas, quanto mais longe o slick se espalha, com gotículas de tinta descendo para as profundezas salgadas.

Agora, a tecnologia pode ter sucesso onde voluntários que trabalham duro falharam no passado. Pesquisadores do Instituto A * STAR de Bioengenharia e Nanotecnologia (IBN) estão usando a nanociência para transformar um derramamento de óleo em uma massa flutuante de gelatina marrom que pode ser recolhida antes de entrar na cadeia alimentar.

"A nanociência torna possível adaptar as estruturas essenciais dos materiais em escala nanométrica para alcançar propriedades específicas, "diz o químico Yugen Zhang do IBN, quem está desenvolvendo algumas das tecnologias. "Estruturas e materiais na faixa de tamanho nanométrico muitas vezes assumem propriedades distintas que não são vistas em outras faixas de tamanho, "acrescenta Huaqiang Zeng, outro químico do IBN.

Gelatinoso

Existem muitas abordagens para limpar um derramamento de óleo, e nenhum é completamente eficaz. Fresco, graxa espessa pode ser incendiada ou contida por barreiras flutuantes para que os skimmers possam removê-la. A mancha também pode ser endurecida de forma ineficiente, absorvido desordenadamente, perigosamente dispersos, ou lentamente consumido por bactérias que pastam em óleo. Todos esses são deficientes em grande escala, especialmente em águas agitadas.

Moléculas orgânicas com habilidades especiais de gelificação oferecem um barato, alternativa simples e ecológica para limpar a bagunça. Zeng desenvolveu várias dessas moléculas que transformam o petróleo bruto em geleia em minutos.

Para criar seus 'supergelators', Zeng projetou as moléculas para se associarem sem formar ligações físicas. Quando pulverizado em água do mar contaminada, as moléculas imediatamente se agrupam em fibras longas entre 40 e 800 nanômetros de largura. Esses fios criam uma teia que prende o óleo intercalado em uma bolha gigante que flutua na superfície da água. A gosma pode então ser rapidamente peneirada do oceano. O petróleo bruto valioso pode mais tarde ser recuperado usando uma técnica comum empregada por refinarias de petróleo chamada destilação fracionada.

Zeng testou os supergeladores em quatro tipos de petróleo bruto com densidades diferentes, viscosidades e níveis de enxofre em um pequeno prato redondo. Os resultados foram impressionantes. "Os supergeladores solidificaram tanto o óleo cru recém-derramado quanto o óleo cru altamente intemperizado 37 a 60 vezes seu próprio peso, "diz Zeng. Os materiais usados ​​para produzir essas moléculas orgânicas são baratos e não tóxicos, que os tornam uma solução comercialmente viável para o gerenciamento de acidentes no mar. Zeng espera trabalhar com parceiros industriais para testar as nanomoléculas em uma escala muito maior.

Água sem sal

Os cientistas do IBN também estão usando a nanociência para remover o sal da água do mar e metais pesados ​​da água contaminada.

Com a redução das reservas globais de água doce e subterrânea, muitos países estão buscando a dessalinização como uma fonte viável de água potável. A dessalinização deve atender 30 por cento da demanda de água de Cingapura até 2060, o que significará triplicar a atual capacidade de dessalinização do país. Mas a dessalinização exige um grande consumo de energia e osmose reversa, a tecnologia convencional da qual depende, tem um custo relativamente alto. A osmose reversa funciona usando pressões extremas para espremer as moléculas de água através de membranas bem unidas.

Uma solução alternativa emergente imita a forma como as proteínas incorporadas nas membranas celulares, conhecido como aquaporinas, canalizar a água para dentro e para fora. Alguns grupos de pesquisa até criaram membranas feitas de moléculas de lipídios graxos que podem acomodar aquaporinas naturais. Zeng desenvolveu um substituto mais barato e mais resistente.

Seus blocos de construção consistem em macarrão helicoidal com extremidades adesivas que se conectam para formar longas espirais. As moléculas de água podem fluir através das aberturas de 0,3 nanômetro no centro das espirais, mas todos os outros íons carregados positiva e negativamente que constituem a água salgada são muito volumosos para passar. Estes incluem sódio, potássio, cálcio, magnésio, cloro e óxido de enxofre. "Na água, todos esses íons são altamente hidratados, ligado a muitas moléculas de água, o que os torna muito grandes para passar pelos canais, "diz Zeng.

A tecnologia pode levar a uma economia global de até US $ 5 bilhões por ano, diz Zeng, mas apenas depois de mais alguns anos de testes e ajustes da compatibilidade e estabilidade da membrana lipídica com as nanoespirais. "Este é o principal foco do meu grupo agora, "ele diz." Queremos fazer isso, para que possamos reduzir o custo da dessalinização da água a um nível aceitável. "

Stick e antiaderente

Os nanomateriais também oferecem um baixo custo, maneira eficaz e sustentável de filtrar metais tóxicos da água potável.

Os níveis de metais pesados ​​na água potável são rigorosamente regulamentados devido aos graves danos que as substâncias podem causar à saúde, mesmo em concentrações muito baixas. A Organização Mundial da Saúde exige que os níveis de chumbo, por exemplo, permanecem abaixo de dez partes por bilhão (ppb). Tratar a água de acordo com esses padrões é caro e extremamente difícil.

Zhang desenvolveu uma substância orgânica cheia de poros que pode capturar e remover metais tóxicos da água para menos de um ppb. Cada poro tem dez a vinte nanômetros de largura e está repleto de compostos, conhecidas como aminas que aderem aos metais.

Explorando o fato de que as aminas perdem o controle sobre os metais em condições ácidas, o recurso valioso e limitado pode ser recuperado pela indústria, e os polímeros reutilizados.

O segredo por trás do sucesso dos polímeros de Zhang é a grande área de superfície coberta pelos poros, o que se traduz em mais oportunidades de interagir e capturar os metais. "Outros materiais têm uma área superficial de cerca de 100 metros quadrados por grama, mas o nosso é 1, 000 metros quadrados por grama, "diz Zhang." É 10 vezes maior. "

Zhang testou seus polímeros nanoporosos em água contaminada com chumbo. Ele borrifou uma versão em pó do polímero em um líquido ligeiramente alcalino contendo cerca de 100 ppb de chumbo. Em segundos, os níveis de chumbo foram reduzidos para menos de 0,2 ppb. Resultados semelhantes foram observados para o cádmio, cobre e paládio. A lavagem dos polímeros com ácido liberou até 93% do chumbo.

Com muitas empresas interessadas em dimensionar essas tecnologias para aplicações do mundo real, não demorará muito para que a nanociência trate a Terra em suas muitas enfermidades.