sexta-feira, 31 de julho de 2015

EXISTE ENERGIA LIMPA?

EXISTE ENERGIA LIMPA?


Voltando à série sobre energia vamos encerrar discutindo algo que tem potencial para ser polêmico...

Volta e meia alguma energia é anunciada como "limpa", no sentido de não ter conseqüências adversas ao ambiente... mas será que isso é verdade?

Há dois princípios bem conhecidos que precisam ser entendidos aqui... o primeiro é o famoso "Princípio de Lavoisieur", que em termos populares é conhecido como "No mundo nada se cria, nada se perde, tudo se transforma"... o outro é a Segunda Lei da Termodinâmica, que diz que processos só podem ocorrer em um sentido (exemplo simples: sem influência externa, o calor vai sempre do corpo mais quente pro mais frio, levando os dois a ficarem na mesma temperatura) - ou seja, os processos de transferência de energia são irreversíveis; uma eventual reversão (como acontece na geladeira) só pode acontecer com o fornecimento de mais energia.

Juntando esses dois princípios, podemos ver que qualquer energia que se pretenda "canalizar" pra uso externo (doméstico, industrial ou o que for) precisa ser retirada de algum lugar, e esse processo é irreversível... Quando pensamos na escala da energia que uma cidade como São Paulo usa, por exemplo, começamos a imaginar que essa energia que está sendo "roubada" de algum lugar há de fazer falta, não?

A resposta é, até onde sabemos, SIM! Qualquer retirada de energia em grande escala tem impacto no ecossistema de onde ela foi retirada. Seja a energia das marés, cuja retirada prejudica todo o ecossistema costeiro (peixes, crustáceos e corais); sejam as eólicas, que causam alteração dos padrões de vento (e cujo efeito nas grandes correntes ainda é discutido); sejam as solares que reduzem demais a irradiação solar do solo (e, discute-se, podem causar efeitos no clima também)...

Além disso, quando pegamos algo que funciona bem em pequena escala e aumentamos muito, sempre acabam aparecendo efeitos colaterais inesperados, como as mortandades de pássaros causadas por grandes fazendas eólicas ou as aves incendiadas no ar por causa da maior fazenda solar já construída... o mesmo acontece com a energia nuclear, com as hidrelétricas e, muito provavelmente, acontecerá com a fusão nuclear, se ela de fato virar realidade no futuro.

Qual a solução? Bom, reduzir nosso consumo energético é o mais eficiente, mas não é fácil, né? Outras boas ideias são diversificar a tal "matriz energética", tirando só um pouco de energia de cada elemento ou local - e torcendo pra essas pequenas perturbações serem diluídas sem causar dano significativo... A solução "limpa" (no sentido de usar uma energia que já tinha sido recolhida e ia ser jogada fora) mais simples é o uso de aquecimento solar - ou geração elétrica mesmo - em telhados, e isso já poderia ajudar muito na conta. E, claro, desenvolver cada vez mais nossa tecnologia pra tentar fazer o máximo gastando o mínimo de energia.

Em suma, é isso... quando ler algo sobre alguma "energia limpa", lembre-se: isso é só um bom nome de marketing. E, infelizmente, uma mentira.

terça-feira, 21 de julho de 2015

O QUE É UM PENTAQUARK?

Interrompendo brevemente nossa série sobre energia pra comentar uma notícia interessante e fresquinha: descobriram o pentaquark!

Um dos experimentos do LHC (o grande colisor de hádrons do CERN, o maior acelerador de partículas do mundo), na sua fase "renovado e turbinado", identificou pela primeira vez um pentaquark!

MAS, AFINAL, O QUE É UM PENTAQUARK?

A matéria como conhecemos é formada de prótons, nêutrons e elétrons, certo? Os prótons e nêutrons, por sua vez, são formados por pedacinhos muito pequenos chamados "quarks", que não podem existir sozinhos (os elétrons, até onde se sabe, são indivisíveis). Até hoje se conheciam combinações de dois quarks (os mésons, partículas exóticas que só se encontra em laboratório ou em chuvas de radiação cósmica) ou de três quarks (os bárions, família à qual pertencem os prótons e nêutrons, além de uma série de primos bastante exóticos).

A descoberta recente do LHC são partículas formadas por combinações de 5 quarks; por enquanto achou-se com certeza um membro da família, mas isso implica que, a princípio, todo o resto deve estar lá, só mais bem escondido. Esses pentaquarks vinham sendo buscados (e não encontrados) há pelo menos 20 anos, e a insistência deles em não serem encontrados fazia com que muitos duvidassem que eles pudessem de fato existir.

Possíveis aplicações práticas do pentaquark? Imagino que nenhuma. Mas, como quarks são coisinhas muuuuuito difíceis de estudar, por nunca estarem sozinhos, estudar uma nova forma como quarks se unem pode ser um impulso e tanto para a compreensão de como, afinal, funcionam esses tais de quarks, que formam praticamente tudo o que se conhece.

Abraços!

SOBRE ENERGIAS: FUSÃO NUCLEAR

Continuando com a série "energia", vamos falar da "energia limpa" (no final da série espero fazer uma publicação justificando as aspas) do futuro...

FUSÃO NUCLEAR

Como eu falei na parte sobre energia nuclear, núcleos são como gotas d'água: gotas pequenas se juntam em gotas maiores, gotas muito grandes acabam se dividindo... No caso da energia nuclear "comum", núcleos de urânio, enormes, quebram-se em pedaços menores, liberando muita energia - esse processo acontece "a frio", espontaneamente até.

Mas e a coisa de juntar gotinhas pequenas pra formar gotas maiores? Essa seria a fusão nuclear.
Na prática, quando dois núcleos de hidrogênio e/ou hélio se juntam, eles formam outros núcleos de hélio ou hidrogênio (do tipo mais pesado, com mais nêutrons), liberando energia (umas 20 vezes menos energia que em uma fissão de urânio, mas ainda assim uma energia BEM grande comparada com a queima de compostos químicos - algo como 10.000 vezes maior). As grandes vantagens disso são que o combustível é hidrogênio ou hélio, dois dos elementos mais comuns no universo, e que o produto final é, também, hidrogênio ou hélio. O melhor: não há consumo de oxigênio, liberação de carbono gasoso ou qualquer outro efeito colateral.

Mas há, também, uma pegadinha... como os núcleos envolvidos têm carga positiva (como qualquer núcleo), pra aproximá-los o bastante pra eles interagirem é necessária MUITA energia (vamos lembrar que na fissão isso não acontece porque quem dispara a coisa, o nêutron, não tem carga!)... Isso se resolve usando um acelerador de partículas, só que a energia que se consegue liberar assim é pouca, e o consumo é muito alto. A outra solução é ainda mais maluca: vamos esquentar o gás todo até que as partículas do gás tenham tanta energia cinética (lembram que em um gás "calor" é uma medida da energia cinética dos átomos?) que os núcleos consigam colidir? Bom... isso significa esquentar a coisa a mais de um milhão de graus - e é exatamente o que se faz! Aliás, esse é o processo que acontece no interior das estrelas, o jeito como elas produzem luz e calor!

Aí surge um segundo problema: nenhum material conhecido resiste a uma temperatura tão alta! A solução? Aplicar um campo magnético muito forte, de modo que o gás não encoste em nada. Maluco, mas funciona. E, de verdade, a fusão acontece, e libera um bocado de energia. Só que até hoje, por uma questão de tecnologia, todos os sistemas que foram montados (experimentais, bem pequenos) gastam mais energia pra esquentar o gás e manter o campo magnético do que a energia que é liberada na fusão... O que os cientistas acreditam é que isso mude quando o sistema for grande o bastante, e pra isso estão construindo um reator de fusão grande, com tamanho que imaginam ser o bastante pra produzir mais energia do que gasta. O nome do trambolho é ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), e ele está sendo construído em Cadarache, na França. A construção está atrasada, mas isso é normal em projetos pioneiros, afinal a tecnologia necessária vai sendo desenvolvida junto com a construção, e nem sempre tudo funciona...

Se tudo der certo, em 50 anos podemos ter vários reatores de fusão funcionando ao redor do mundo, gerando energia sem produzir impacto ambiental significativo (até onde se sabe hoje... mas muita coisa só se descobre com o tempo de uso, né?)... Ah, e sem grandes riscos pro meio ambiente ou pra população, já que um acidente inimaginável derreteria tudo, mas só liberaria hidrogênio e hélio, que são bastante inofensivos... e muito calor.

Ficou curioso? Essa aqui é a página do ITER, com alguma coisa sobre ele, cronograma e coisa e tal...

Ah... e nunca é demais lembrar: o fato de não se conhecer possíveis danos ambientais decorrentes da operação de usinas de fusão não quer dizer que eles não possam existir... afinal, como a gente vai ver quando falar de usinas eólicas e solares, muita coisa "inimaginável" acaba acontecendo quando se faz coisas em grande escala!

Abraços!

SOBRE ENERGIA NUCLEAR

Vamos tentar começar uma pequena série de publicações sobre um tema mais que importante: energia! E vou começar com a minha especialidade, a tão discutida e temida...

ENERGIA NUCLEAR

Núcleos atômicos se comportam, essencialmente, como gotas d'água: gotas pequenas, quando entram em contato, se unem formando uma maior; já gotas muito grandes, em contato com outra, mesmo que muito pequena, acabam por se dividir em duas. Com os núcleos atômicos acontece a mesma coisa, e aqui vamos focar no segundo caso: a divisão de núcleos muito grandes em pedaços menores.

Os núcleos naturais mais pesados que se conhece são os de Urânio, que têm 92 prótons e algo entre 142 e 146 nêutrons; estes núcleos são tão grandes que ao entrar em contato com um simples nêutron, acabam se dividindo em pedacinhos menores (normalmente dois, mais dois ou três nêutrons avulsos), com a liberação de uma grande quantidade de energia. Além de tudo, esses 2-3 nêutrons que sobram podem encontrar outros núcleos de urânio causando outras divisões (conhecidas como "fissões"), que vão liberar mais nêutrons, que vão causar novas fissões, que vão liberar mais... bom, deu pra sentir o drama, né?

Esse processo, quando feito de forma descontrolada, dá origem às bombas nucleares (popularmente conhecidas, de forma errada, como "bombas atômicas"); quando feito de forma controlada, é a base das usinas nucleares e da energia nuclear que conhecemos. E é difícil controlar esse processo? Na verdade não, é bem mais difícil fazer uma bomba que um reator nuclear - o primeiro foi inaugurado em 1942, 2 anos antes da primeira bomba atômica... e, em essência, há registro de ocorrência de reatores nucleares naturais, em alguns locais com grandes reservas de urânio.

Nas primeiras décadas da "era nuclear" (pós-1942), reatores nucleares eram principalmente construídos para pesquisa, mas especialmente a partir da crise mundial de energia (em especial do petróleo), no começo da década de 1970, a energia nuclear surgiu como alternativa viável, mas cara (especialmente no início).

Sua grande vantagem é a ausência de emissões líquidas ou gasosas de qualquer tipo, aliada à enorme eficiência energética do urânio - para se ter uma ideia, a queima total de 1 g de urânio equivale à queima completa de 1.000 kg de carvão (sim, a diferença é da faixa de um milhão). Em situação real, isso significa que 1 kg de combustível nuclear é capaz de gerar nada menos que 360.000 kWh... Como comparação, a capacidade máxima de produção de Itaipu (~100GWh/ano) equivale ao uso de 2.000.000.000.000.000 kg de água; uma usina termelétrica usa, para gerar a mesma energia, 50.000.000 kg de carvão; já uma usina nuclear usa apenas 300 kg de combustível.

A desvantagem, no início, era a geração de resíduo radioativo - a quantidade não é grande, como visto acima, mas é um material extremamente perigoso e que requer um armazenamento bastante cuidadoso por MUITO tempo (há coisas que duram milhões de anos ali).

Em 1979, no entanto, ocorreu o primeiro acidente significativo com uma usina nuclear (Three Mile Island, nos EUA), e aí o risco de acidentes catastróficos entrou na conta, também (vale destacar, no entanto, que não houve nenhuma morte e, apesar de alguma liberação de material radioativo para a atmosfera, não há registro formal de doenças associadas ao acidente). Em 1986, com o acidente de Chernobyl (Ucrânia, então URSS), onde houve diversas mortes (há uma tremenda discordância aqui, os números variam de 53 - a contagem oficial - a estimativas de mais de 100.000) a apreensão virou pânico, e as usinas nucleares viraram para muitos sinônimo de um grande e inaceitável risco.

A crise energética e as pressões por redução de emissão de gases de efeito estufa deram um novo impulso à energia nuclear nos anos 2000, até que o acidente de Fukushima, em 2011 (2 mortos, 39 feridos) desse uma nova esfriada no panorama - pelo menor por algum tempo.

Dois dedinhos de prosa sobre as duas desvantagens...

A questão do rejeito radioativo (o resto que fica quando o combustível da usina nuclear é gasto, mais os restos da própria usina depois que ela é desligada) é séria, mas menos severa do que parece. Além das quantidades envolvidas serem relativamente pequenas (lembrem-se de que "uma Itaipu" de energia nuclear consome apenas 300 kg de combustível por ano!), hoje em dia grande parte é reprocessada, com a remoção de materiais aproveitáveis; há, também, projetos de sistemas que permitiriam "quebrar" as coisas que duram milhões de anos em coisas que duram bem menos - 1 ano ou menos. Ainda assim, é uma questão que precisa ser bem estudada quando usa-se a energia nuclear (e o Brasil até hoje não fez isso - os rejeitos de Angra 1 e 2 são guardados em locais provisórios até hoje).

Já quanto à questão da segurança, é meio como a discussão entre a segurança e os riscos de se voar de avião... Acidentes tendem a ser espetaculares, e a radiação, invisível e sem cheiro, causa muito medo. Por outro lado acidentes com barragens de hidrelétricas, por exemplo, causam muito mais mortes que os acidentes nucleares (em 1975 um, na China, matou mais de 170.000 pessoas, e há vários outros na história que registram mais de 1.000 mortes - de 2010 pra cá, por exemplo, foram registradas mais de 80 mortes em 12 acidentes, conforme a wikipedia)... Os dois grandes acidentes nucleares da história foram consequência de um teste absolutamente irresponsável (o de Chernobyl) ou do quarto maior terremoto já registrado (que causou em torno de 16.000 mortes) - e em ambos os casos usinas modernas teriam passado sem grandes problemas (as duas usinas, cada uma ao seu modo, tinham problemas de segurança que não seriam aceitos em usinas modernas).

Resumo da ópera? A energia nuclear pode ser uma boa opção na complementação de um sistema elétrico, trazendo a grande vantagem de não apresentar qualquer tipo de emissão de gases de efeito estufa na sua operação, mas requer, em especial, um bom projeto de tratamento e armazenamento de rejeitos. Quanto à comparação com outros tipos de energia, aguardem os próximos posts...

Pra terminar, um link bem didático sobre o assunto!

SOBRE FICÇÃO CIENTÍFICA

Em tempo de férias , ando vendo muitos filmes (meu 2o hobby!) e resolvi colocar aqui 2 dedinhos de prosa sobre duas coisas: arte e ciência.

Nesses últimos tempos chamaram a atenção dois filmes de ficção científica que não destratam a ciência: Gravidade e, especialmente, Interestelar; em outros tempos, me lembro de 2001 e de partes da série Jornada nas Estrelas.

A ideia de misturar ciência e ficção não é nova, vem de meados do século XIX, com expoentes como Jules Verne, Edgar Allan Poe e Conan Doyle (sim, os dois últimos, em vários aspectos, podem ser classificados como ficção científica em alguns pontos)... de modo geral, a ficção científica dessa época era escrita por gente com boa bagagem, que usava o grande poder dedutivo (e os grandes avanços recentes) do método científico como base para uma narrativa. Pouco depois, mas ainda contemporâneos de certa forma, H. P. Lovecraft e H. G. Wells foram ainda mais fundo, tornando as estranhezas do tempo e do espaço panos de fundo curiosos para histórias de terror, aventura e suspense. Nessa época o que chamamos de "física moderna" ainda estava se estabelecendo, o espaço ainda era um grande território inexplorado e boa parte das histórias mais interessantes versava exatamente sobre o desconhecido.

Pouco antes da metade do século XX, a física atingiu uma certa estabilidade - quase todos os conceitos aceitos hoje já eram aceitos em 1950, por exemplo. Nesse momento veio uma nova leva de autores de ficção científica, muito mais densos e com formação científica (em alguns casos não só em física) exemplar, como Arthur C. Clarke, Isaac Asimov, Frank Herbert e outros... Por outro lado, o advento da física moderna tornou a ciência bastante contraintuitiva e, em vário momento, pouco palatável... Como essa é, grosso modo, a mesma época em que o cinema floresceu, a maior parte dos primeiros bons filmes de ficção científica era baseado em textos de Wells, Lovecraft e cia - ou seja, eram baseados na física do século XIX.

A primeira tentativa de fazer um filme baseado decentemente em algo moderno foi 2001, com seus assustadores (e corretos!) silêncios intermináveis... O filme foi um sucesso, mas não abriu espaço para mais nada na área (talvez tenha sido visto como uma obra de arte isolada, não sei)...

Nos anos seguintes a ficção científica atingiu proporções cada vez mais impressionantes, em especial a partir do final dos anos 80, quando os efeitos especiais tomaram o cinema por completo... Os enredos, no entanto, eram geralmente inconsistentes e, essencialmente, anti-científicos e quase plágios de textos do começo do século: variações pioradas da Guerra dos Mundos, da Viagem ao Centro da Terra, da Máquina do Tempo... (não estou dizendo que os filmes fossem todos ruins, só que de "científico" eles não tinham nada, e que as ideias em que eles se baseavam eram todas do final do século XIX). Isso, de certa forma, coincidiu com uma época em que a ciência moderna (gravidade, física quântica, etc) era uma grande incógnita para o grande público, que mal e mal sabia que isso existia.

E aí chegamos a esse começo de século XXI... a tal "revolução da internet" trouxe o conhecimento (ao menos o básico) ao alcance de muito mais gente... blogs, páginas específicas, wikipedia... dá pra se achar informação científica decente facilmente, desde que se queira. Gente ligada às ciências começou a ter blogs comentando cinema e livros... e, de repente, todo esse conhecimento que estava escondido foi colocado às claras (no meio de muita asneira, que fique claro). E, no meio de tudo isso, alguém percebeu que havia espaço para colocar mais ciência na ficção, que o público estava preparado para essa tal "física moderna", que é muito mais estranha que a ideia mais estranha que um autor do século XIX possa ter tido.

Enfim... de alguma forma, parece que os esforços de divulgação científica nos ajudaram a dar um passinho pra frente... para o bem da arte e da ciência!

 Abraços e até mais!

PRA QUÊ USAMOS ACELERADORES DE PARTÍCULAS?

Recentemente o LHC voltou a operar, renovado e com o dobro da energia anterior. Isso trouxe à tona a questão do título: como funciona (e pra quê serve) um acelerador de partículas?

Pra responder a isso, achei esse vídeo que mostra, em linhas gerais, pra quê a gente gosta tanto de bater partículas umas nas outras.

Ah... o vídeo é legendado em português, se não aparecer automaticamente é só selecionar no ícone da legenda, ali embaixo.

FARÓIS FUNCIONARIAM À VELOCIDADE DA LUZ?

Essese dias dei de cara com um vídeo bem legal (em inglês) que é bom pra alimentar conversas de bar...

Algumas das ideias (muitas delas a gente discutiu aqui quando falou do filme "Interestelar")...

  1. O que acontece quando algo se move muuuuito perto da velocidade da luz? O tempo, pra ele, passa beeeem devagar e as coisas ficam estranhamente finas também...
  2. E se a gente conseguisse se mover à velocidade da luz, o que a gente veria? Nada. Pois é, quando a gente chega à velocidade da luz, pra gente o tempo não passa. Não, nem um nadinha. Aliás, perde o sentido falar em tempo, porque pra você ele deixa de existir... É por isso que o fato de neutrinos mudarem de tipo significa que eles não andam à velocidade da luz (e, como só coisas absolutamente sem massa se movem à velocidade da luz, isso significa que eles devem ter alguma massa - leiam mais sobre isso na discussão sobre neutrinos!)
  3. Tá... e por quê a luz tem exatamente essa velocidade, e não outra? Bom... aí eu sugiro que vocês vejam o vídeo. E tomem algumas cervejas com os amigos discutindo esse final... 
Inté!