Categoria: Ambiental

Vivemos em um mundo intricadamente interconectado, onde as ações realizadas em uma parte do globo podem ter repercussões em outra completamente diferente. Este fenômeno é especialmente verdadeiro quando falamos sobre a questão dos gases de efeito estufa e a sua capacidade de alterar o clima global. É essencial entender que a poluição do ar, especialmente os gases de efeito estufa como o dióxido de carbono (CO2) e o metano, não conhece fronteiras.

Quando uma indústria ou uma usina termoelétrica a carvão emite grandes quantidades de CO2, esse gás não fica confinado à região onde foi liberado. Ao contrário, ele se dispersa por toda a atmosfera, tornando-se um problema global. A NASA realizou simulações que ilustram claramente esse fenômeno. Esses estudos mostram como os países que mais poluem – como Estados Unidos, Europa e China – têm um impacto significativo na atmosfera do planeta inteiro.

O CO2, por exemplo, não permanece apenas no país que o produziu. Ele se espalha globalmente, afetando regiões distantes e contribuindo para o aquecimento global e mudanças climáticas que experimentamos hoje.

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Em meio às complexas discussões sobre mudanças climáticas, um argumento peculiar frequentemente emerge dos círculos céticos: a aparentemente insignificante concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera terrestre. Segundo esta linha de raciocínio, como o CO2 representa apenas cerca de 0,04% da composição atmosférica, seu impacto no clima global seria negligenciável. No entanto, este argumento, apesar de aparentemente lógico à primeira vista, desmorona sob um exame mais detalhado das dinâmicas atmosféricas e dos princípios básicos da ciência climática.

Para entender por que a baixa concentração de CO2 não diminui sua importância climática, é útil comparar a atmosfera terrestre a uma xícara de café. Imagine por um momento que você está saboreando sua xícara matinal. A grande parte desse líquido é água, similar à forma como o nitrogênio (78%) e o oxigênio (21%) dominam a composição da atmosfera terrestre. Assim como a cafeína, presente em pequenas quantidades no café, tem um efeito poderoso sobre o corpo humano, o CO2, mesmo em sua concentração relativamente baixa, exerce um impacto profundo sobre o sistema climático da Terra.

A capacidade do CO2 de reter calor na atmosfera — conhecida como efeito estufa — é o que o diferencia de gases majoritários como o nitrogênio e o oxigênio, que não possuem essa propriedade. Este efeito estufa é crucial para manter nosso planeta habitável, mas o aumento da concentração de CO2, principalmente devido às atividades humanas desde a Revolução Industrial, intensificou esse fenômeno, levando ao aquecimento global e às mudanças climáticas.

Desde o início da Revolução Industrial, a concentração atmosférica de CO2 aumentou cerca de 50%, um salto que, embora possa parecer modesto em termos percentuais, tem consequências drásticas para o equilíbrio climático do planeta. Além do CO2, outros gases de efeito estufa, como o metano, também viram suas concentrações atmosféricas aumentarem significativamente, ampliando ainda mais o impacto dos humanos sobre o clima global.

A analogia do café nos ajuda a entender que a potência de um componente não é determinada pela sua abundância, mas pela sua natureza e pelo efeito que exerce no sistema como um todo. Assim, mesmo que o CO2 constitua uma fração minúscula da atmosfera, seu papel no sistema climático é tão crucial quanto a cafeína é para a experiência de beber café.

Esse entendimento desfaz o mito da insignificância do CO2 com base em sua baixa concentração atmosférica e ressalta a importância de abordagens científicas sólidas e holísticas para compreender as mudanças climáticas. Confrontar e desmistificar argumentos mal fundamentados é essencial para promover uma conscientização mais profunda sobre a crise climática e fomentar ações efetivas em resposta a ela.

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N₂O – um potente gás de efeito estufa

Em um ambiente político carbocêntrico, o monóxido de dinitrogênio (N₂O) é quase o gás de efeito estufa esquecido. Volumes enormes são liberados na atmosfera naturalmente a partir dos solos e dos oceanos. Sendo responsável por cerca de dois terços da concentração atmosférica – agricultura, combustão e a indústria química, entre eles respondem pelo outro terço. Especificamente, a produção em grande escala de ácido adípico e vários outros produtos químicos finos é responsável por um volume significativo do fluxo total de N₂O.

O N₂O tem uma vida útil atmosférica de cerca de 114 anos e um potencial de aquecimento global (GWP) de 298 (dado um horizonte de tempo de um século). O GWP para CO₂ é apenas 1, o que torna o N₂O um potente gás de efeito estufa. Os  níveis de N₂O estão bem acima de 319 partes por bilhão em volume, em comparação com os níveis pré-industriais de 285 ppbv (aumento de 9–10%). O N₂O não é o principal contribuinte para o aquecimento global; no entanto, é um dos seis gases, incluindo CO₂, hexafluoreto de metano e enxofre, hidrofluorocarbonos e perfluorocarbonos, que o Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima reservou para reduções substanciais na tentativa de evitar os piores efeitos sobre o aquecimento global e as mudanças climáticas. 

Prevenindo a liberação de N₂O

Das fontes antropogênicas, talvez as duas soluções mais diretas para o problema seriam evitar a liberação do gás da urina do gado e extraí-lo das saídas gasosas das fábricas de produtos químicos. Testes preliminares foram realizados usando madeira verde, biochar, adicionada a pastagens para adsorver N₂O da urina de gado, e para separar o N₂O do gás residual industrial, que também contém dióxido de carbono, está sendo difícil.

A DuPont adotou os líquidos iônicos à temperatura ambiente (RTILs) como um solvente verde para a extração de N₂O de gases residuais. O processo é particularmente adequado para o fluxo de resíduos da produção de ácido adípico, uma vez que o N₂O pode ser reciclado de volta na matéria-prima para aumentar o rendimento geral e, ao mesmo tempo, evitar a necessidade de liberar esse gás para a atmosfera. O N₂O também é usado como agente oxidante para converter benzeno em fenol, portanto, também pode ser usado dessa forma. 

Filtrando o N₂O do CO₂

Mark Shiflett e colegas do departamento de Pesquisa e Desenvolvimento Central da empresa em Wilmington, Delaware, EUA, explicam como modelaram a mistura de N₂O/CO₂ tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazólio ([bmim] [BF₄]) com a separação em mente. [bmim] [BF₄] é bem conhecido como um RTIL arquetípico, uma substância iônica em que a energia de cristalização é muito alta para ser um sólido à temperatura ambiente. Como tal, é um líquido e pode atuar como solvente para uma ampla gama de substâncias para as quais não estão disponíveis solventes orgânicos voláteis potentes (VOCs). Os RTILs também têm várias vantagens importantes sobre os VOCs, pois têm volatilidade limitada, são amplamente não tóxicos, não queimam e podem ser liberados de seus solutos muito mais rapidamente do que os VOCs.

O modelo da equipe para equilíbrio do sistema de separação mostra que ele é válido em uma faixa de temperatura de 296 a 315 K e os testes iniciais mostram que, para grandes e pequenas proporção de N₂O / CO₂, os dois podem ser separados de forma bastante eficaz . A concentração real de RTIL parece fazer pouca diferença na seletividade final da separação, mas, sem ela, não há maneira prática de separar os dois gases. Os pesquisadores apontam que esses estudos preliminares podem abrir caminho para uma separação industrial eficaz desses dois gases importantes, embora ainda não tenham identificado o RTIL específico que seria mais eficaz em um processo em escala industrial.

“Shiflett é um dos líderes mundiais no estudo de solubilidades de gases em líquidos iônicos”, disse Ken Seddon, Diretor do Centro de Pesquisa QUILL na Irlanda do Norte à ChemViews, “Este estudo estende seu trabalho ao N₂O e embora a instabilidade hidrolítica do ânion tetrafluoroborato impedirá sua aplicação em escala industrial, está claro agora o que precisa ser feito para criar um sistema prático. “

• Separation of N₂O and CO₂ using Room-Temperature Ionic Liquid [bmim] [BF₄]
  MB Shiflett, AMS Niehaus, A. Yokozeki,
  J. Phys. Chem. B 2011.
  DOI: 10.1021 / jp107879s

Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( [email protected] ). A tradução do original ‘The Forgotten Greenhouse Gas‘ foi gentilmente autorizada pelos detentores dos direitos (Wiley-VCH GmbH – ChemistryViews.org).

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• DOI: 10.1002/chemv.201000067
• Autor: David Bradley
• Data de publicação: 31 Março 2011
• Fonte/ Editora: Journal of Physical Chemistry B/ACS Publications
• Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

O clima da Terra é baseado em um equilíbrio sensível de muitos fatores. Will Steffen, da Universidade de Estocolmo, Suécia, e colegas estudaram quão estável será o clima quando a humanidade conseguir limitar o aquecimento global a 2°C acima dos níveis pré-industriais. Usando simulações, os pesquisadores descobriram que pontos de inflexão e feedback positivo desestabilizam nosso clima mais rápido do que se pensava e que existe a probabilidade de desencadear um efeito dominó.

As pedras de dominó iniciais podem formar os pontos de inflexão, que já reagem a um aumento relativamente pequeno nas temperaturas globais, como o derretimento da camada de gelo da Antártica Ocidental e da Groenlândia e do gelo do mar Ártico. Como isso continua a alimentar o aquecimento por meio de loops de feedback positivo, pode então ser “varrido” por pontos de inflexão com limiares ligeiramente mais elevados, como a corrente oceânica da Corrente do Golfo ou o amortecimento de CO2 do Oceano Antártico. Uma vez que essa cascata seja acionada, ela pode causar um efeito descontrolado que pode catapultar o clima da Terra para fora de sua fase estável, mesmo quando as emissões humanas são reduzidas. A Terra poderia ser de 4 a 5°C mais quente do que as temperaturas pré-industriais e ter o nível do mar de 10 a 60 metros mais alto do que hoje.

Os pesquisadores não podem descartar que essa cascata de ciclos de feedback comece mesmo quando estamos entregando o acordo climático de Paris. Isso significaria manter o aquecimento limitado a 2°C até o final do século. Atualmente, as temperaturas médias globais já atingem 1°C acima dos níveis pré-industriais. As temperaturas médias globais estão subindo 0,17°C a cada década. Se nada for feito, podemos atingir 2°C de aquecimento em menos de 60 anos.

Para evitar esse cenário, segundo os pesquisadores, é preciso levar a ação humana agora e drasticamente para um novo rumo. Além de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, os amortecedores climáticos do sistema terrestre precisam ser melhor protegidos e regenerados. Isso poderia ser alcançado, por exemplo, por meio de melhorias no manejo florestal, agrícola e do solo. Além disso, a geoengenharia (uma tecnologia que remove o dióxido de carbono da atmosfera e o armazena no subsolo) pode desempenhar um papel importante, segundo os pesquisadores.

Trajectories of the Earth System in the Anthropocene,
Will Steffen, Johan Rockström, Katherine Richardson, Timothy M. Lenton, Carl Folke, Diana Liverman, Colin P. Summerhayes, Anthony D. Barnosky, Sarah E. Cornell, Michel Crucifix, Jonathan F. Donges, Ingo Fetzer, Steven J. Lade, Marten Scheffer, Ricarda Winkelmann, Hans Joachim Schellnhuber,
Proc. Nat. Acad. Sci. 2018.
https://doi.org/10.1073/pnas.1810141115

Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( [email protected] ). A tradução do original ‘Climate Change Could Have a Domino Effect’ foi gentilmente autorizada pelos detentores dos direitos (Wiley-VCH GmbH – ChemistryViews.org).

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• Autor: Marek Czykanski
• Publicado: 14 agosto 2018
• Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
• Fonte/Editor: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America/National Academy of Sciences
• Fornecedores associados: Dow Chemical, Midland, Mich. USA

Remoção de CO₂ de misturas de gases é importante para a captura de carbono para reduzir o impacto ambiental dos processos de combustão. O grafeno de camada única tem tamanhos de poros definidos na faixa nanométrica e foi sugerido como um material para separação de gases. No entanto, seus poros são geralmente muito grandes (cerca de 10 Å) para remover com eficiência gases comuns, cujas moléculas têm diâmetros cinéticos entre 2,5 e 4,0 Å.

Sheng Dai, do Laboratório Nacional de Oak Ridge, Oak Ridge, e Universidade de Tennessee, Knoxville, ambos TN, EUA, De-en Jiang, Universidade da Califórnia, Riverside, CA, EUA, e colegas propõem uma membrana de grafeno porosa, revestida com um líquido iônico, que pode separar seletivamente gases como CO₂ e CH₄. A equipe usou simulações de dinâmica molecular (MD) para estudar um sistema composto de grafeno poroso e o líquido iônico [emim] [BF₄] (tetrafluoroborato de 1-etil-3-metilimidazólio). Eles simularam duas câmaras separadas pela membrana revestida ou um grafeno de referência não revestido e compararam a permeação de gás resultante para CO₂, N₂ e CH₄.

A equipe descobriu que todos os três gases passam pelo grafeno não revestido em quantidades aproximadamente iguais. A membrana revestida com líquido iônico, em contraste, era altamente seletiva para permeação de CO₂ e dificultava a passagem de CH₄, resultando em uma razão de seletividade CO₂/CH₄ de aproximadamente 42. O efeito é atribuído ao tamanho de poro reduzido causado pela camada de líquido iônico e a maior afinidade de adsorção de CO₂ no líquido iônico em comparação com outros gases. De acordo com os pesquisadores, materiais híbridos de grafeno/líquido iônico com tamanhos de poros ajustáveis ​​podem ser promissores para a separação seletiva de gases.

• Ion-Gated Gas Separation through Porous Graphene,
  Ziqi Tian, Shannon M. Mahurin, Sheng Dai, De-en Jiang,
  Nano Lett. 2017.
  DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b05121

Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( [email protected] ). A tradução do original ‘Separating Gases with Graphene‘ foi gentilmente autorizada pelos detentores dos direitos (Wiley-VCH GmbH – ChemistryViews.org).

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• Autor: ChemistryViews.org
• Publicado: 02 março 2017
• Direito autoral: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
• Fonte/Editor: Nano Letters/ACS Publications

Dica:

Um Nobel pelo grafeno

Uma nova pesquisa publicada online em julho de 2011 sugere que as mudanças climáticas causadas pelo homem estão diminuindo a capacidade do oceano de ‘retirar’ CO2 da atmosfera.

Plantas, árvores e o solo absorvem carbono da atmosfera, mas o oceano é o maior ‘sumidouro de carbono’ do mundo e, desde a revolução industrial, o oceano provavelmente absorveu entre um terço e metade de todas as emissões de CO2 causadas pelo homem.

A remoção do CO2, produzido pelos homens, da atmosfera pela água do mar é claramente um processo importante. No entanto, os pesquisadores agora sugerem que a capacidade do oceano de absorver o CO2 atmosférico pode estar diminuindo. É uma combinação dos níveis de CO2 atmosférico e da química da água do mar que determina quanto CO2 a água do mar pode reter, e a água mais quente não pode reter tanto CO2 dissolvido quanto a água fria.

Os pesquisadores analisaram os dados existentes de CO2 e temperatura para o Oceano Atlântico Norte nas últimas três décadas. Seus resultados mostraram que, para uma grande seção do Atlântico Norte, menos CO2 foi capaz de se dissolver conforme a temperatura da superfície da água do mar aumentou. Isso está de acordo com pesquisas anteriores conduzidas em outros oceanos, como o Oceano Antártico e o Mar do Japão, que também estão absorvendo menos CO2 como resultado das mudanças climáticas causadas pelo homem.

Ao considerar a mesma questão, estudos anteriores no Atlântico Norte chegaram a conclusões conflitantes. Os autores deste novo estudo sugerem que isso se deve a um alto grau de variabilidade natural que pode mascarar tendências de longo prazo.

O professor McKinley, autor do estudo, diz:

“Como o oceano é muito variável, precisamos de pelo menos 25 anos de dados para realmente ver o efeito do acúmulo de carbono na atmosfera. Este é um grande problema em muitos ramos da ciência do clima – o que é variabilidade natural e o que é mudança climática? ”

Este novo estudo considera quase trinta anos de dados, o que a equipe acredita ser o suficiente para determinar uma tendência real. Suas descobertas têm grandes implicações sobre a quantidade de CO2 que será absorvido pelos oceanos no futuro, devido ao aumento de temperatura projetado associado às emissões de gases de efeito estufa causadas pelo homem. McKinley diz:

“… Esta é uma das primeiras evidências de que o clima está prejudicando a capacidade do oceano de retirar carbono da atmosfera.”

McKinley enfatiza a necessidade desse tipo de análise em outros oceanos para que as tendências de captação de CO2 dos oceanos possam continuar a ser refinadas. Mas os resultados do estudo demonstram que, em um planeta em aquecimento, os sumidouros naturais de carbono não podem ser considerados óbvios.

Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ([email protected]) – Universidade Federal do Pampa (Bagé) – Curso Química Licenciatura.

Texto original em: New study suggests oceans are losing the ability to absorb carbon dioxide