As tecnologias de captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) têm o objetivo de limitar ou reduzir a quantidade de CO₂ na atmosfera, como parte de um conjunto de abordagens para diminuir as mudanças climáticas. O centro de CCUS está trabalhando para enfrentar esses desafios com um grupo de membros das indústrias que estão apoiando pesquisas promissoras do MIT.

O projeto de Henry e Barton, "Menor custo, livre de CO₂, produção de H₂ a partir de CH₄ usando estanho líquido", investiga o uso de pirólise de metano ao invés de reforma de metano a vapor (SMR) para produção de hidrogênio.

Atualmente, a produção de hidrogênio é responsável por aproximadamente 1% das emissões globais de CO₂ e o método de produção predominante é SMR. O processo SMR depende da formação de CO₂, portanto, substituí-lo por outra abordagem economicamente competitiva para produzir hidrogênio evitaria as emissões.

O trabalho de Henry e Barton é uma nova abordagem de um processo existente, a pirólise do metano. Como o SMR, a pirólise do metano usa o metano como fonte de hidrogênio, mas segue um caminho diferente. O SMR usa o oxigênio da água para liberar o hidrogênio, ligando preferencialmente o oxigênio ao carbono do metano, produzindo gás CO₂ no processo. Na pirólise do metano, o metano é aquecido a uma temperatura tão alta que a própria molécula se torna instável e se decompõe em gás hidrogênio e carbono sólido.

Embora a ideia da pirólise do metano já exista há muitos anos, tem sido difícil de comercializar devido à formação do subproduto sólido, que pode se depositar nas paredes do reator, eventualmente obstruindo-o. Esse problema torna o processo impraticável. O projeto de Henry e Barton usa uma nova abordagem em que a reação é facilitada com estanho fundido inerte, evitando entupimento.

Outro projeto nomeado "Monitoramento de alta fidelidade para captura de carbono: investigação geofísica e geoquímica integrada de dados de campo e de laboratório", Peč planeja realizar um estudo abrangente para obter uma compreensão dos processos quimio-mecânicos acoplados que acompanham o armazenamento de CO₂.

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas estima que 100 a 1.000 gigatoneladas de CO₂ devem ser removidos da atmosfera até o final do século. Esses grandes volumes só podem ser armazenados abaixo da superfície da Terra, e esse armazenamento deve ser realizado com segurança e proteção, sem permitir qualquer vazamento de volta para a atmosfera.

Uma estratégia de armazenamento promissora é a mineralização de CO₂ - especificamente pela dissolução de CO₂ gasoso na água, que então reage com rochas para formar minerais carbonáticos. Das tecnologias propostas para a captura de carbono, essa abordagem é única, pois a captura é permanente: o CO₂ torna-se parte de um sólido inerte, portanto, não pode escapar de volta para o meio ambiente. As rochas basálticas, a rocha vulcânica mais comum na Terra, apresentam bons locais para injeção de CO₂ devido à sua ampla ocorrência e altas concentrações de cátions divalentes, como cálcio e magnésio, que podem formar minerais carbonáticos.

A impressão 3D vem sendo estudada em muitos campos da ciência, como na biotecnologia, síntese farmacêutica, engenharia, etc. A ideia de usar este processo surgiu pela busca de novas rotas sintéticas para a conversão de recursos não petrolíferos em combustível líquido por diferentes processos, os quais têm sido estudados por muito tempo, e que eram inviáveis em aplicações industriais devido ao seu alto custo. Com isto em mente, o grupo de pesquisadores decidiu usar a impressão 3D de metais para fabricar os reatores autocatalíticos (SCR) e para a preparação de catalizadores, e assim, reduzir os elevados custos e tamanho dos reatores e melhorando a eficiência energética.

Foi utilizado diferentes técnicas de impressão 3D para fabricar o reator e o catalizador separadamente, para então superar os problemas de baixa velocidade de impressão e complexibilidade, podendo também ser aplicada em condições extremas, como em alta temperatura e pressão.

Foram fabricados reatores com diferentes seções transversais para converter moléculas de C1 (incluídos CO, CO2 y CH4) em produtos de alto valor agregado. Foi demostrado que a geometria da seção transversal impressa dos SCRs pode melhorar drasticamente a sinergia entre o catalizador e o reator para controlar a distribuição do produto catalítico. A superfície interna, volume do canal e a estrutura espacial são fatores que afetam o controle da síntese química.

Esta pesquisa oferece uma alternativa para favorecer a sinergia entre reatores e catalizadores, podendo impulsionar novos desenhos para o futuro dos sistemas catalíticos para tecnologias baseadas na impressão 3D.

Na tentativa de reduzir os impactos da pandemia de Covid-19, as máscaras de papel estão se tornando cada vez mais obrigatórias. Porém, seu uso generalizado tem uma série de desvantagens. Isso inclui o impacto ambiental de máscaras descartáveis feitas de camadas de plástico de polipropileno. Além disso, eles apenas prendem os patógenos em vez de destruí-los. “Em um ambiente hospitalar, essas máscaras são descartadas e manuseadas de maneira adequada”, afirma László Forró, chefe do Laboratório de Física de Matéria Complexa da EPFL. “No entanto, seu uso em um mundo mais amplo - onde são jogados em latas de lixo abertas e até mesmo deixados na rua - pode transformá-los em novas fontes de contaminação.”

Aqui, é relatado o desenvolvimento de um filtro baseado em nanofios de TiO2, que acredita-se que funcionará extremamente bem para equipamentos de proteção individual (PPE). Este filtro feito de nanofios de óxido de titânio é capaz de prender patógenos e destruí-los com a luz. Nesta pesquisa inclui experimentos que demonstram a capacidade da membrana de destruir E. coli, a bactéria de referência em pesquisa biomédica, e fitas de DNA em questão de segundos. Com base nesses resultados, os pesquisadores afirmam, embora isso ainda precise ser demonstrado experimentalmente, que o processo seria igualmente bem-sucedido em uma ampla gama de vírus, incluindo o SARS-CoV-2.

No artigo também afirma que a fabricação dessas máscaras seria viável em grande escala: o equipamento do laboratório sozinho é capaz de produzir o suficiente para até 80.000 máscaras por mês. Além disso, as máscaras poderiam ser esterilizadas e reutilizadas mil vezes. Isso aliviaria a escassez e reduziria substancialmente a quantidade de lixo criada por máscaras cirúrgicas descartáveis.

Uma start-up chamada Swoxid já está se preparando para tirar a tecnologia do laboratório. “As membranas também podem ser usadas em aplicações de tratamento de ar, como sistemas de ventilação e ar condicionado, bem como em equipamentos de proteção individual”, diz Endre Horváth, principal autor do artigo e co-fundador da Swoxid.

As memórias embutidas tem um papel fundamental para o funcionamento dos dispositivos eletrônicos que utilizamos, uma vez que são desenhadas para realizar necessidades especificas e que realizam normalmente as tarefas de processamento em tempo real.

Estas memórias embutidas ocupam grande parte desses sistemas. Por isso pesquisadores buscam reduzir cada vez mais seu tamanho, com um custo mais barato e que sejam mais potentes. Diante disso, a equipe de pesquisadores da EPFL e a Universidade de Bar Ilan (BIU) em Israel desenharam uma memória que reduze a metade da quantidade de silício utilizada, sem prejudicar seu armazenamento e também a energia necessária. Este projeto é tão inovador que conseguiu sete patentes por seu trabalho e estão em processo de criação de uma startup, RAAAM.

O grupo de pesquisadores organizou de maneira diferente os transistores dentro das memórias embutidas, utilizando acesos diretos para reduzir espaço e energia, porque se sabe que dentro dos chips tem uma enorme quantidade de transistores. A memória que desenvolveram, chamada de GC-eDRAM, precisa somente de dois ou três transistores, um valor muito menor ao que possui o SRAM com suas seis ou oito transistores. Esta nova organização permite colocar dentro dos chips mais memórias ou fabrica-las em formato menor para dar espaço a outros componentes, reduzindo assim a energia necessária para processar uma determinada quantidade de dados.

Para Andreas Burg, professor do Laboratório de Circuitos de Telecomunicações e um dos fundadores de RAAAM, durante os últimos anos a tecnologia em componentes do chip somente avançou em sua redução de tamanho, porem está parada em outros aspectos.

Robert Giterman, pesquisador com pós-doutorado em EPFL e CEO de RAAAM indica que existem outros tipos de eDRAM no mercado, porém requerem outros passos no processo de fabricação que são complexos e custosos, os quais são incompatíveis com os passos de fabricação padrão dos chips. Apesar disso, GC-eDRAM pode ser compatível ao processo devido a suas características.

Os pesquisadores trabalharam com fabricantes de semicondutores de primeiro nível para provar seu novo tipo de memória, resultando na compatibilidade no processo de fabricação, o qual permitirá uma redução enorme no custo. Por isso RAAAM planeja vender sua tecnologia através de acordos de licença, sendo um dos três ganhadores dos prêmios Venture deste ano na área Industrial e de Engenharia.

O Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia (KIST) anunciou que uma equipe de pesquisa do Instituto de Materiais Compostos Avançados, liderada pelo Dr. Yong Chae Jung, utilizou ácido tânico de origem vegetal para desenvolver um plástico reforçado com fibra de carbono retardante de chama (CFRP), e também apresentou um método para sua reciclagem ecológica. Assim, foi desenvolvido um material compósito reforçado com fibra de carbono.

CFRP é um material compósito que contém fibra de carbono. Esse material é cerca de quatro vezes mais leve que o aço, porém 10 vezes mais forte e é amplamente utilizado nas indústrias aeroespaciais, automotiva, de construção naval e de equipamentos esportivos. Estruturalmente, o CFRP é composto de fibra de carbono e resina epóxi, que desempenham funções neste material compósito semelhantes aos que as barras de reforço e o cimento desempenham nas estruturas de concreto. Para obter rigidez mecânica, a ligação da fibra de carbono e da resina epóxi deve ser forte. Além disso, o CFRP deve ser à prova de fogo, pois é usado para fins relacionados à vida cotidiana, por exemplo, como material de construção. Para induzir essas características no CFRP, algumas vezes é sintetizado com aditivos.

Foi adicionado ao CFRP um retardador de chama de halogênio para efeito à prova de fogo. No entanto, o uso de halogênio na CFRP foi proibido em todo o mundo, pois gera substâncias tóxicas quando incineradas para reciclagem. Assim, a tarefa em questão era tornar o CFRP um retardador de chamas com o uso de um material seguro e não tóxico.

Jung Yong-Chae procurou melhorar a rigidez mecânica e o retardamento de chama do CFRP com ácido tânico. O ácido tânico se transforma em carvão quando queimado, e quando carbonizado funciona como uma barreira que bloqueia a entrada de oxigênio externo. Ao fabricar a resina epóxi a partir de ácido tânico e misturá-la com a fibra de carbono, a equipe de pesquisa do KIST desenvolveu com sucesso um CFRP.

Ao contrário da resina epóxi convencional que é vulnerável ao calor, a resina epóxi feita com ácido tânico é retardadora de chama e não precisa de aditivos. Isso significa que as substâncias tóxicas geradas ao incinerar o CFRP para reciclagem não seriam mais um problema.

Ao dissolver o CFRP na água em um estado de fluido supercrítico, isto é, temperatura e pressão em um nível definido, mais de 99% do CFRP pode ser recuperado sem desempenho reduzido da fibra de carbono. Ao contrário do método de reciclagem por incineração, que queima a resina epóxi, deixando apenas a fibra de carbono incompleta para ser reciclada, esse novo método de reciclagem permite a reciclagem de todos os componentes de um material compósito.

O pesquisador chefe Dr. Jung disse: "Criamos um material compósito com amplas aplicações, que é uma melhoria em relação ao plástico reforçado com fibra de carbono convencional em termos de retardamento de chama, rigidez mecânica e reciclabilidade. Essas características aprimoradas são significativas na medida em que determinam a faixa de aplicação do material compósito ". Ele acrescentou: "Iremos revisar a estrutura deste material para obter ainda mais propriedades aprimoradas e expandir ainda mais o alcance de sua aplicação".

O efeito estufa é um fenômeno atmosférico que regula a temperatura do planeta pois retêm parte da energia solar. Porém devido as atividades humanas, existe muita produção de gases com dióxido de carbono (CO₂) que se movem para a atmosfera, perturbando o equilíbrio, resultando no aquecimento global.

Atualmente existem muitas pesquisas sobre como reduzir ou então capturar os gases emitidos. Eles são chamados de “gases de combustão”, que se refere aos gases que saem de tubulações, chaminé, etc., como produto da combustão em um forno, caldeira ou gerador de vapor. Porém, são geralmente associados aos vapores que saem das fábricas.

Uma forma de reduzir o impacto contaminante dos gases de combustão é tirar o CO₂ e fazer um armazenamento geológico ou então reciclar. Tendo isto em mente, uma equipe de pesquisadores dirigido por Berend Smit da Escola Politécnica Federal de Lausana (EPFL) desenharam um material que pode capturar o dióxido de carbono dos gases de combustão úmidos melhor que os atuais materiais comerciais.

Os materiais capazes de capturar CO₂ são muito melhores na captura de agua, por isso não são muito úteis com gases de combustão úmidos. Dentro do material, o CO₂ e a agua competem para ocupar os mesmos sítios de adsorção, mas realmente a estrutura do material é a que captura a molécula de água.

Prevendo este problema, os pesquisadores desenharam um novo material no qual não é afetado pelas moléculas de agua e pode ser capturado com maior eficiência o CO₂ dos gases de combustão úmidos.

Para diminuir a dificuldade de desenhar novos materiais, foi utilizado métodos computacionais. Atualmente, criar um fármaco é muito complexo e caro, e por isso nos últimos anos está sendo utilizado métodos computacionais para se fazer milhões de ensaios com moléculas para pesquisar quais se unirão a certa proteína relacionada com a doença em questão.

Os pesquisadores da EPFL, tendo o mesmo ponto de vista, criaram 325.000 materiais pelo computador com o objetivo de relaciona-lo com o CO₂. Todos os materiais pertencem a família da Estrutura Organometálica (MOF). Para reduzir este número, buscaram estruturas entre os MOFs que se unem muito bem com o CO₂ e não com água. Assim, a busca se reduziu a 35 materiais depois de adicionar os parâmetros específicos de eficiência.

Este trabalho foi realizado com colaborações das Unversidades da California Berkeley, Universidade de Ottawa, Universidade Heriot-Watt e também da Universidade de Granada.

"Os experimentos realizados em Berkeley mostraram que as nossas previsões estavam corretas", disse Smit. "O grupo em Heriot-Watt demostrou que nossos materiais desenhados podem capturar dióxido de carbono dos gases de combustão úmidos melhor que os materiais comerciais.

Os transistores são utilizados na maioria dos circuitos eletrônicos, ou seja, é o componente principal dos dispositivos eletrônicos modernos. A procura por um transistor com maior eficiência energética levou o professor Adrian Ionescu e sua equipe ao Laboratório de Dispositivos Nanoeletrônicos de EPFL (Nanolab) e realizar uma série de projetos com o objetivo de criar uma tecnologia eletrônica para dispositivos portáteis que seja similar em eficiência aos neurônios humanos, já que estas consumem 20 watts de energia (três vezes menos que o foco médio das casas) e podem realizar tarefas de maior complexidade que um computador, como ser capaz de analisar uma informação proporcionada por nossos sentidos e gerar processos inteligentes de tomada de decisões.

Esta equipe desenvolveu um transistor de tamanho nanométrico com materiais semicondutores compreendido por capas 2D de diseleniuro de tungstênio (WSe2) e diseleniuro de estanho (SnSe2), conhecido como um transistor de túnel 2D/2D, o qual cumpre o mesmo papel que os transistores convencionais, porém usa muito menos energia. Ao testar este novo transistor, viram que isto estabeleceria um novo padrão para a eficiência energética no processo de comutação digital, pois apresentou um rendimento maior e menor necessidade de fornecimento de voltagem que um transistor padrão.

Esta nova tecnologia opera a 300mV (milivolts), um valor muito próximo ao que necessitam os neurônios, 100mv. Assim, convertendo em 10 vezes mais em eficiência que um transistor padrão. Nenhum outro componente eletrônico que existe hoje se aproxima a este nível de eficiência.

Projetos aplicados a tecnologias portáteis e chips para IA de última geração ainda são objetos de laboratório e é preciso muita pesquisa para poder fabricar um produto em escala industrial.

Um grupo de pesquisa de Stanford criou uma maneira de armazenar dados deslizando camadas atômicas finas de metal uma sobre a outra. Com isso, é possível salvar mais dados em menos espaço do que chips de Silício, além de usar menos energia. A pesquisa liderada por Aaron Lindenberg, professor de ciência e engenharia de materiais em Stanford, seria uma inovação em armazenamento de memória não volátil que os computadores de hoje realizam com tecnologias baseadas em silício.

A inovação é baseada em uma classe de metais recém-descoberta que forma camadas incrivelmente finas, neste caso com apenas três átomos de espessura. Os pesquisadores empilharam essas camadas feitas de um metal conhecido como ditellurida de tungstênio. "A organização das camadas se torna um método para codificar informações", diz Lindenberg, criando algo que armazene dados binários.

Para ler os dados armazenados entre essas camadas variáveis de átomos, os pesquisadores exploram uma propriedade quântica conhecida como curvatura de Berry, que age como um campo magnético para manipular os elétrons no material e ler o arranjo das camadas sem perturbar a pilha.

Jun Xiao, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Lindenberg e primeiro autor do artigo, disse que é preciso pouca energia para mudar as camadas de um lado para o outro. Isso significa que deve usar menos energia para "gravar" um zero ou um no novo dispositivo do que o necessário para as tecnologias de memória não volátil de hoje. Além disso, com base em pesquisas do mesmo grupo publicado na revista Nature, o deslizamento das camadas atômicas pode ocorrer tão rapidamente que o armazenamento de dados pode ser realizado mais de cem vezes mais rápido do que com as tecnologias atuais.

O design do dispositivo protótipo foi baseado em parte em cálculos teóricos. Depois que foi observado resultados experimentais consistentes com as previsões teóricas, foram feitos cálculos adicionais que os levaram a acreditar que refinamentos adicionais em seu design melhorariam muito a capacidade de armazenamento, abrindo caminho para uma nova e distante classe mais poderosa de memória não volátil usando materiais 2D ultrafinos.

A equipe patenteou sua tecnologia enquanto aprimora ainda mais seu protótipo e design de memória. Eles também planejam procurar outros materiais 2D que possam funcionar ainda melhor como meio de armazenamento de dados do que o ditellurida de tungstênio.

Segundo Lindenberg, a conclusão científica “é que pequenos ajustes nessas camadas ultrafinas exercem uma grande influência em suas propriedades. Podemos usar esse conhecimento para projetar dispositivos novos e com eficiência de energia em direção a um futuro sustentável e inteligente.”

A engenharia de tecidos busca obter novas alternativas para problemas médicos recorrentes, melhorar o desempenho de soluções já conhecidas e acelerar o processo de cura visando melhorar a qualidade de vida dos pacientes. No campo da recuperação de tecidos osseos são utilizados principalmente estruturas cerâmicas na forma de scaffolds, revestimentos ou preenchimentos. Scaffolds são estruturas porosas que sustentam seu próprio peso e podem ser compostas de um sistema unitário ou compósito, onde a fase cerâmica está associada a uma fase polimérica ou mineral.

Fosfatos de cálcio têm uma composição que é muito semelhante ao osso natural e, por isso, são muito utilizados em aplicações de regeneração óssea devido a sua alta bioatividade e biocompatibilidade. Dentro dessa família, hidroxiapatita e fosfato tricálcio são os mais utilizados e os scaffolds produzidos podem ser somente cerâmicos ou compósitos com a presença de polímeros. Outro material muito estudado é a celulose bacteriana, um polímero natural produzido por microrganismos que possui boas propriedades mecânicas, estruturais e biológicas. Devido a isso, a celulose bacteriana tem sido integrada em diversos compósitos para atuar como template para a síntese de materiais inorgânicos.

Para a produção do material, membranas de celulose bacteriana foram imersas e agitadas com auxílio de um dispositivo de ultrassom em um Becker com uma solução de nitrato de cálcio e depois em solução de fosfato de amônio. O processo foi realizado novamente e algumas amostras para verificar a influência do número de imersões no produto final.  O material compósito obtido foi submetido à liofilização para consolidar a estrutura porosa e passou posteriormente por um tratamento térmico visando à remoção da fase polimérica e a formação de estruturas bem cristalizadas. Houve variação na temperatura, taxa de aquecimento e duração dos tratamentos térmicos para avaliar o comportamento do material. A composição e morfologia das amostras foram analisadas antes e após serem submetidas ao tratamento térmico e suas propriedades magnéticas também foram avaliadas para verificar a possibilidade de utilizar o material obtido para o desenvolvimento de scaffolds magnéticos.

As amostras foram submetidas à análise térmica onde foi constatado que ocorre uma deposição cerca de 38% maior nos corpos de provas que passaram por dois ciclos de imersão. A avaliação por difração de raios x e FTIR, realizados a amostras antes de serem submetidas ao tratamento térmico, demonstraram que fosfatos de cálcio realmente se depositaram na celulose bacteriana e imagens do MEV reforçaram essa constatação. Após o tratamento térmico, a difração de raios x indicou a formação de pirofosfato de cálcio com estrutura tetragonal em tratamentos térmicos abaixo de 1000°C e ortorrômbica para tratamento realizado a 1200°C. Imagens do MEV revelaram que a taxa de aquecimento e a duração do tratamento térmico alteram a porosidade e a dimensão dos grãos, influenciando as propriedades mecânicas do scaffold. A análise magnética revelou que o material produzido contém resposta magnética intrínseca e ajustável de acordo com o tratamento térmico.