A inovação em materiais avançados oferece o potencial disruptivo para transformar a maneira como construímos nossas futuras cidades - e torná-las mais verdes e inteligentes.

A construção está associada às chamadas Indústrias de Fundação - que abrangem o vidro de cimento, cerâmica, metais, setores de papel e produtos químicos a granel - que no total produzem 28 milhões de toneladas de materiais por ano e respondem por até 10 por cento do CO total do Reino Unido ₂ emissões.

Se considerarmos a Lei de Mudanças Climáticas (2008) e o apelo do governo do Reino Unido para reduzir as emissões de carbono para 80 por cento abaixo dos níveis que foram vistos em 1990 até 2050, então claramente este setor é um foco óbvio para uma nova abordagem. A inovação em novos materiais ajudará muito os planejadores de cidades, desenvolvedores e construtores para construir um mundo de carbono zero desde as fundações.

Reduzindo as emissões de concreto

Um candidato óbvio é colocar o grafeno em concreto. De acordo com Chatham House, o instituto de relações internacionais, a produção global de cimento - a 'cola' que mantém o concreto unido - é responsável por impressionantes 8% do CO mundial ₂ Produção.

Experimentos recentes com concreto reforçado com grafeno têm sido realmente promissores. Meu colega Adrian Nixon, o editor do Nixene Journal (uma publicação independente dedicada ao grafeno e notícias de ciência de materiais 2-D), conduziu uma revisão dos vários estudos sobre a adição de pequenas quantidades de grafeno e óxido de grafeno ao concreto. A revisão de Adrian revelou que a adição de apenas 0,03 por cento de pó de grafeno aumentou a resistência do concreto em uma média conservadora de 25 por cento.

Então, tendo em mente a proporção da produção de cimento do CO global ₂ emissões, pode-se, portanto, argumentar que, ao fornecer uma eficiência de 25 por cento para a produção de concreto por meio da adição de grafeno, poderíamos, por sua vez, ver isso em toda a cadeia de abastecimento e, potencialmente, entregar uma redução de 2% no CO mundial ₂ níveis. Essa é uma proposta empolgante e que poderia ser amplamente debatida - mas o ponto essencial é este:adicionando uma quantidade modesta de grafeno a um material de construção como o concreto, podemos esperar um impacto transformacional em nosso meio ambiente.

Cidades mais inteligentes

A ideia de melhorar a sustentabilidade dos materiais de construção é claramente onde devemos colocar grande atenção, mas outra área muito interessante que talvez seja esquecida é como podemos usar os benefícios de materiais avançados para apoiar as cidades inteligentes do futuro.

As cidades inteligentes são vistas como uma forma de tornar nossos ambientes urbanos muito mais eficientes e verdes por meio da adoção de tecnologias digitais que podem, por exemplo, melhor integrar e gerenciar nossos serviços públicos e sistemas de energia.

Contudo, e se parte dessa tecnologia fosse incorporada diretamente aos materiais que entraram em nossos edifícios e infraestrutura? O que é empolgante sobre o grafeno e a família mais ampla de materiais 2-D - e as combinações infinitas dessas camadas ultrafinas para desenvolver novos 'materiais de design' que coletivamente chamo de 'grafenos' - é sua extraordinária capacidade multifuncional. Esses materiais seriam ideais para desenvolver uma nova geração de infraestrutura inteligente.

Redes rodoviárias avançadas

Como um exemplo, o Centro de Inovação em Engenharia de Grafeno, o carro-chefe do acelerador de materiais avançados com base na Universidade de Manchester, está atualmente trabalhando em uma série de projetos com a Highways England, a empresa governamental responsável por grande parte da rede rodoviária do país, e Arcadis, uma empresa líder global em design e consultoria para ativos naturais e construídos.

Estamos apoiando parceiros, incluindo Arcadis e Highways England, na abordagem dos desafios em torno da construção e da malha rodoviária. Um exemplo pode ser quando um circuito elétrico precisa ser aplicado à rede, geralmente subterrâneo e a viabilidade de desenvolver tecnologia que poderia ser incorporada na própria estrutura da estrada e colocada ao mesmo tempo que a rodovia, por exemplo, como parte integrante da estrutura.

Este ainda é potencialmente um projeto do tipo "tudo ou nada" rápido e exigirá muito pensamento novo - mas a solução pode estar dentro do betume ou de um marcador de superfície, como a linha da estrada.

A própria estrada poderia carregar seu carro?

Mas e se pudéssemos ter essa capacidade multifuncional usada em toda a infraestrutura e edifícios que constituem uma cidade ou vila? Isso transformaria a conectividade e tornaria a própria estrutura de nossos ambientes construídos responsivos e intuitivos às nossas necessidades diárias.

Então, podemos começar a imaginar pontos de recarga que estão incorporados em nossa rede rodoviária - e sempre que um e-car para em um semáforo ou em uma vaga de estacionamento, ele pode ser carregado no local. Se os veículos do futuro estivessem usando armazenamento de energia híbrida - isto é, um trem de força com bateria com uma unidade de supercapacitor - então eles poderiam ser carregados rapidamente enquanto seus motoristas andam alegremente pela cidade. E essas baterias e supercapacitores iriam, claro, apresentam novos materiais que os permitem operar com muito mais eficácia em comparação com os dispositivos de armazenamento de energia que somos forçados a usar hoje.

Avanços semelhantes podem ser feitos com tecnologia de sensor, o que será crítico para que as cidades alcancem os níveis de conectividade necessários para se tornarem mais inteligentes, mais eficiente e, em última análise, mais ecológico. Grafeno e sensores são uma combinação natural porque a grande proporção de superfície para volume do grafeno, propriedades ópticas únicas, excelente condutividade elétrica e mobilidade e alta condutividade térmica podem melhorar muito a funcionalidade de uma variedade de sensores.

O grafeno e os materiais avançados têm potencialmente um grande papel a desempenhar em tornar nossos edifícios e infraestrutura não apenas significativamente mais verdes, mas comprovadamente mais inteligentes. À medida que olhamos para enfrentar o desafio das mudanças climáticas e temos como objetivo 'reconstruir melhor', Estou convencido de que precisamos explorar com mais urgência como os materiais avançados podem fornecer os blocos de construção para um novo futuro empolgante.