Em um contexto global em que há crescente preocupação com as implicações ambientais e geopolíticas do uso de combustíveis fósseis, a energia nuclear tem ressurgido como um tópico de considerável interesse.
Sua notável capacidade de gerar eletricidade em larga escala, sem a emissão de gases de efeito estufa, tem sido encarada como uma promissora fonte sustentável de energia limpa, com potencial para viabilizar a transição da sociedade em direção a um futuro caracterizado por emissões líquidas nulas de carbono.
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No entanto, é importante ressaltar que a geração de energia nuclear acarreta a produção de resíduos radioativos, constituindo-se em um desafio crítico cuja abordagem se mostra indispensável para a conquista da confiança pública em relação a essa solução transformadora de energia.
Atualmente, uma equipe de pesquisadores afiliados à Universidade de Houston tem apresentado uma solução inovadora para a gestão de resíduos nucleares, por meio do desenvolvimento de cristais moleculares com base em ciclotetrabenzil hidrazonas.
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Esses cristais, resultantes de uma descoberta pioneira realizada pela equipe em 2015, demonstram notável habilidade em capturar o iodo, um dos mais frequentes produtos de fissão radioativa, tanto em soluções aquosas quanto orgânicas, bem como na interface entre ambas as fases.
"“Este último ponto é particularmente relevante, pois a captura de iodo nas interfaces poderia evitar que o iodo alcançasse e danificasse os revestimentos de tinta especializados usados em reatores nucleares e recipientes de contenção de resíduos”, afirmou Ognjen Miljanic, professor de química e autor correspondente do artigo que detalha a descoberta na revista Cell Reports Physical Science.
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Estes cristais demonstram uma notável capacidade de absorção de iodo, rivalizando com as estruturas metálicas porosas (MOFs) e as estruturas orgânicas covalentes (COFs), anteriormente consideradas o auge dos materiais de captura de iodo.
Alexandra Robles, a primeira autora deste estudo e ex-aluna de doutorado que fundamentou sua dissertação nesta pesquisa, conduziu suas investigações com os cristais no laboratório de Miljanic, onde fez a descoberta.
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Seu interesse em encontrar uma solução para os resíduos nucleares impulsionou Robles a explorar o uso desses cristais para a captura de iodo.
“Ela acabou capturando o iodo na interface entre as camadas orgânica e aquosa, um fenômeno pouco estudado,” afirmou Miljanic, acrescentando que essa característica excepcional oferece uma vantagem crucial. “Quando o material é depositado entre as camadas orgânica e aquosa, ele essencialmente interrompe a transferência de iodo de uma camada para outra.”
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Esse processo não apenas preserva a integridade dos revestimentos dos reatores e aprimora a contenção, mas também possibilita o deslocamento do iodo capturado de uma região para outra. “A ideia aqui é capturá-lo em uma localidade de difícil gerenciamento e, em seguida, liberá-lo em uma região de fácil gerenciamento,” afirmou Miljanic.
Outra vantagem dessa tecnologia de captura e liberação é a reutilização dos cristais. “Se o poluente simplesmente adere ao reagente, todo o material deve ser descartado,” explicou ele. “Isso aumenta o desperdício e as perdas econômicas.”
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É claro que todas essas significativas potencialidades ainda necessitam de testes em aplicações práticas, o que leva Miljanic a considerar os próximos passos.
Moléculas, Cristais e Polvos
A equipe de Miljanic está envolvida na síntese de moléculas orgânicas minúsculas contendo somente átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio, utilizando produtos químicos prontamente disponíveis no mercado.
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Cada cristal apresenta uma estrutura anelar com oito peças lineares irradiando a partir dele, característica que levou a equipe de pesquisa a apelidar o composto de “O Polvo”.
“Esses cristais são relativamente simples de serem produzidos e podem ser fabricados em larga escala a partir de materiais com custo relativamente baixo, sem a necessidade de uma atmosfera de proteção especial”, declarou Miljanic.
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O custo atual de produção desses cristais, em um laboratório acadêmico, é estimado em cerca de US$ 1 por grama. Em um ambiente industrial, acredita-se que esse custo seria significativamente reduzido.
Esses pequenos cristais mostram-se altamente versáteis e são capazes de capturar substâncias além do iodo. Miljanic e sua equipe já utilizaram esses cristais para capturar dióxido de carbono, representando um passo importante em direção a um mundo mais limpo e sustentável.
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Adicionalmente, as moléculas do “Polvo” estão estreitamente relacionadas com aquelas encontradas em materiais utilizados na fabricação de baterias de íon-lítio, o que abre novas possibilidades energéticas.
“Essa classe de moléculas simples possui uma notável capacidade de desempenhar diversas funções, dependendo de como a integramos com o restante de um dado sistema”, explicou Miljanic. “Consequentemente, estamos empenhados em explorar todas essas aplicações.”
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O entusiasmo de Miljanic é evidente diante da multiplicidade de potenciais oferecida pelos cristais, e ele anseia por explorar aplicações práticas. Seu próximo objetivo é encontrar um parceiro que colabore com os cientistas na exploração de diferentes aspectos comerciais.
Enquanto isso, os pesquisadores planejam aprofundar a exploração das cinéticas e comportamentos das estruturas cristalinas, visando aprimorar ainda mais suas características.