Nas áreas de agricultura e meio ambiente, o uso do grafeno é promissor na remoção de pesticidas de águas contaminadas por esses insumos agrícolas. Suas ligações químicas e espessura são responsáveis por diversas propriedades importantes desse elemento, como resistência mecânica e condutividades térmica e elétrica. E, devido suas inúmeras propriedades, ele atrai cientistas e a indústria tecnológica por suas infinitas possibilidades de uso.
O grafeno é um material composto por uma camada bidimensional de átomos de carbono organizados em estruturas hexagonais, cuja altura é equivalente à de um átomo. Esse material pode ser produzido por meio da extração de camadas superficiais de grafite, um mineral abundante na Terra e um dos alótropos mais comuns do carbono.
Foi descoberto acidentalmente, em 2004, pelos físicos russos Andre Geim e Konstantin Novoselov. Essa descoberta garantiu aos pesquisadores o prêmio Nobel de Física, em 2010. No entanto, a existência desse alótropo do carbono já era conhecida desde 1930.
Um estudo publicado pela Embrapa meio ambiente no ano passado, intitulado ‘Grafeno: uma nova tecnologia para a agricultura’ conclui, basicamente, que as pesquisas evoluíram rapidamente, trazendo inovações para o setor industrial, agricultura e meio ambiente. E, já existem estudos sobre a resposta das plantas ao grafeno. Dependendo de sua concentração, pode haver variações no grau de absorção pelas plantas, e a fitotoxicidade é possível. No entanto, baixos níveis podem ser benéficos para o desenvolvimento de algumas plantas. Assim, alguns desafios ainda precisam ser superados antes que a nanopartícula à base de grafeno seja utilizada em campo.
Diz, ainda, que pesquisas futuras devem, no entanto, focar esforços para definir doses em diferentes sistemas agrícolas reais.
O artigo, que pode ser conferido na íntegra aqui, apresenta uma revisão sobre o uso do grafeno em diversos segmentos, elucidando que o produto pode ser utilizado em diversos setores industriais. Estes incluem principalmente a agricultura – como em grandes culturas de alta relevância, como o café -, a indústria alimentícia e o meio ambiente, como estimulador de crescimento de plantas e em fertilizantes, sistemas de nanoencapsulação e liberação inteligente, agentes antifúngicos e antibacterianos, embalagens inteligentes, água tratamento e ultrafiltração, remoção de contaminantes, quantificação de pesticidas e inseticidas, sistemas de detecção e agricultura de precisão.
No entanto, alguns desafios podem ser superados antes que a nanopartícula à base de grafeno seja utilizada em larga escala. Dessa forma, antes de utilizar o produto no meio ambiente, é necessário determinar se a tecnologia é segura para o sistema solo-planta e para os consumidores. Além disso, o custo de sua utilização também pode ser um fator limitante dependendo do nível aplicado. Portanto, o estudo propõe examinar a literatura diversa para explicar os efeitos do uso desse elemento na agricultura, plantas e microrganismos do solo.
Outro estudo, anterior a este, também feito pela Embrapa, visava a caracterização e avaliação da interação de substâncias húmicas nos efeitos ecotoxicológicos do óxido de grafeno em organismos aquáticos e de sedimento.
O objetivo desse estudo é avaliar os efeitos toxicológicos do óxido de grafeno (OG) e sua disponibilidade para interação com os organismos nos compartimentos aquáticos considerando a influência da presença da interação com substâncias húmicas. O OG nanoestruturado apresenta aplicações em áreas como eletrônica, farmacêutica e ambiental. Os seus promissores usos despertam preocupações quanto às consequências para a saúde humana e ambiental do descarte inadequado de seus resíduos.
Multiuso tecnológico do grafeno
Inúmeras propriedades fazem dele um material com diversas aplicações tecnológicas. Dentre suas propriedades mecânicas, ele é o material mais resistente já conhecido. Essa resistência decorre das fortes ligações formadas entre seus átomos de carbono. Materiais largamente utilizados na construção civil, como o aço, suportam apenas um terço dessa pressão.
Outra propriedade interessante é seu alto módulo de Young, indicando que, além de resistente, esse material é bastante elástico. Por isso, ele é capaz de retornar ao seu tamanho original com relativa facilidade.
O grafeno é também muito leve. Sua densidade é de 0,77 g/ m², cerca de mil vezes mais leve que uma folha de papel. Imagine as inúmeras e diferenciadas utilizações na indústria.
Uma das grandes beneficiadas por sua descoberta é a indústria microeletrônica, particularmente na produção de tablets e smatphones, podendo, os mesmos, perder seu formato retangular e ter sua espessura reduzida ao de uma folha de papel, tornando-os flexíveis para dobrar e guardar no bolso, sem danificar seu funcionamento. Também, finas membranas desse mineral poderão ser utilizadas para filtrar água salgada tornando-a potável, visto que essa camada de grafeno permite a passagem das moléculas de água, mas não as do sal ou de outras impurezas.
As pequenas áreas de cada hexágono de carbono são responsáveis pela alta impermeabilidade, que pode ser usada como uma pequena rede capaz de segurar gases que vazam facilmente de seus recipientes, como o gás hidrogênio.
Os elétrons conseguem propagar-se no grafeno quase livremente sem sofrerem desvios ou colisões. Em decorrência da estrutura hexagonal das ligações de carbono, os elétrons deslocam-se no interior dessas finas camadas em velocidades relativísticas, isto é, próximas à velocidade da luz.
Em temperatura ambiente, sua resistividade elétrica é a mais baixa que existe. Assim, esse elemento pode ser considerado o melhor condutor metálico.
Em virtude das suas propriedades elétricas, trata-se de um excelente condutor térmico. Esse material é capaz de dissipar calor mais rápido que qualquer outro conhecido. Além disso, alguns estudos sugerem que sua temperatura de fusão seja de 3851 °C.
Água potável – Membranas formadas por grafeno são capazes de dessalinizar e purificar a água do mar.
Emissões de CO2 – Filtros de grafeno são capazes de reduzir as emissões de CO2 ao separar gases gerados por indústrias e comércios.
Detecção de doenças – Sensores biomédicos muito mais rápidos são feitos à base de grafeno e podem detectar doenças, vírus e outras toxinas.
Construção civil – Materiais de construção, como betão e alumínio, se tornam mais leves e resistentes com a adição de grafeno.
Microdispositivos – Chips menores e mais resistentes devido à substituição do silício pelo grafeno.
Energia – Células solares têm melhor flexibilidade, mais transparência e diminuição dos custos de produção com o uso de grafeno.
Eletrônicos – Baterias com melhor e mais rápido armazenamento de energia.
Mobilidade – Bicicletas podem ter pneus mais firmes e quadros pesando 350 gramas com o uso de grafeno.
Entre os estudos relacionados ao grafeno, destacam-se aqueles que envolvem o desenvolvimento de novos cabos de transmissão de dados para a internet. De acordo com uma pesquisa publicada pela revista Nature Communication, a ideia é aproveitar toda a velocidade alcançada pelos elétrons no grafeno – as células se movem nele centenas de vezes mais rapidamente do que nos cabos atualmente utilizados.
Importância do grafeno para o Brasil
O Brasil está inserido na corrida tecnológica em busca da obtenção de métodos mais baratos e eficientes para a produção de grafeno. De acordo com o relatório produzido pelo Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), o mercado do grafeno deverá ser um dos mais rentáveis do mundo, tendo potencial de atingir até 1 trilhão de dólares em 10 anos. Além disso, o Brasil possui as maiores reservas de grafeno do mundo.
Produção em larga escala
Produto derivado do grafite, o grafeno é um material amplamente encontrado no Brasil, país detentor de uma das maiores reservas do elemento e cuja exploração poderá gerar bilhões de dólares em divisas para o país. Mas, o maior desafio ainda, para quem aposta na tecnologia do grafeno, é tornar a produção do material viável comercialmente e em larga escala, igual aconteceu com o uso do silício em transístores, nos seus primórdios. Já existem muitas patentes sobre a tecnologia do grafeno, embora suas aplicações em larga escala ainda sejam incipientes. Mesmo assim, entusiastas projetam a ideia de que quando o uso do grafeno se popularizar, seu mercado poderá movimentar bilhões de dólares ao ano em diversas frentes, da eletrônica à tecnologia aeroespacial.
Não faz muito tempo, aqui no Brasil, pesquisadores da Universidade de Caxias do Sul (UCS), começaram a produzir o grafeno em escala industrial. Segundo a universidade, o laboratório é a maior fábrica de produção de grafeno em escala industrial da América Latina. A ideia da universidade é vender o produto principalmente para a indústria gaúcha. Assim, as empresas do estado não precisam comprar matéria-prima de fora.
O projeto Graphene Flagship, da União Europeia, destinou cerca de 1,3 bilhão de euros para pesquisas relacionadas ao grafeno, aplicações e desenvolvimento de produção em escala industrial. Ao todo, 150 instituições de 23 países participam desse projeto.
A primeira mala desenvolvida para viagens espaciais possui grafeno em sua composição. Seu lançamento está previsto para 2033, quando a NASA pretende realizar expedições para Marte.
O borofeno é o novo concorrente do grafeno. Esse material, descoberto em 2015, é tido como uma versão aperfeiçoada do grafeno, sendo ainda mais flexível, resistente e condutor.
Fonte: Pesquisa Redação MAB, com informações Ecycle, Agrolink e Embrapa Meio Ambiente
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