Química E Energia

Química e Energia - Factos e Desafios

Quando o cidadão comum é desafiado a pensar sobre as possíveis relações que existem entre Química e Energia, responde quase invariavelmente de um modo muito contido, usando um número de exemplos muito limitado e uma explicação pouco esclarecida. Entre os exemplos, que valorizam o papel da Química no domínio da Energia, sobressaem a transformação do petróleo nos combustíveis vulgares (gasolina e gasóleo, entre outros) e as pilhas/baterias eléctricas. A energia nuclear também é citada como exemplo. Mas, com conotações mais negativas relativamente à Química, sobretudo no que diz respeito às substâncias químicas “indesejáveis” que estão envolvidas.

De facto, seja pela frequência com que os exemplos anteriores nos envolvem no nosso dia-a-dia, seja pela perspectiva predominantemente utilitária com que são encarados, a maioria de nós tende a fechar-se sobre estas ideias e a menosprezar a importância que a Química teve na génese destes “produtos/tecnologias” de uso diário. O que seria o nosso Mundo energético sem os conhecimentos científico-tecnológicos desenvolvidos pela Química, necessários para transformar o petróleo nos combustíveis que utilizamos no dia-a-dia? Por outro lado, face às necessidades constantes e crescentes de Energia, o que é que a Química pode fazer pelo nosso Mundo, para minimizar os problemas ambientais (poluição e alterações climáticas) que são criados com a utilização desenfreada dos derivados do petróleo (e de outros combustíveis fósseis, como o carvão e o gás natural) e através do uso questionável da energia nuclear? E mais, como é que o nosso Mundo pode satisfazer as suas necessidades energéticas sem combustíveis fósseis ou físseis, com a ajuda daQuímica?

Estas e outras questões acerca da Energia constituem alguns dos principais desafios da Humanidade, que aQuímica pode resolver de modo exequível, sustentável, e com segurança, integrando e articulando as suas áreas de especialização, com outras áreas científicas. Vejamos então, alguns dos principais desafios e áreas prioritárias para a Química no contexto da Energia  recursos energéticos, conversão, armazenamento, transporte, eficiência e poupança de energia, e gestão de resíduos.

Uma das áreas da Química com maior relevância no domínio da Energia, e que é transversal a várias áreas do conhecimento científico-tecnológico, é a Química dos Materiais. Nesta área, investigam-se e desenvolvem-se continuamente novos materiais para:

a) Painéis de energia fotovoltaica (que convertem a energia solar em energia eléctrica) ou outras aplicações fotoelectrónicas; b) Operarem a temperaturas muito elevadas, como em reactores de aviões ou em reactores nucleares; c) Eléctrodos e electrólitos em dispositivos de conversão e de armazenamento electroquímico de energia eléctrica (pilhas, baterias, células de combustível e supercondensadores); d)Armazenar com eficiência e segurança, combustíveis (nucleares ou não) ou outras substâncias perigosas; e)Turbinas eólicas terrestres e marítimas, bem como turbinas hídricas (incluindo as turbinas oceânicas de ondas ou marés). Estes materiais devem ser muito resistentes à corrosão atmosférica, do solo ou marítima; f)Supercondutores, os quais transportam a corrente eléctrica de um modo muito mais eficiente que os condutores eléctricos normais e apresentam propriedades magnéticas poderosas, com aplicações importantes nos transportes ferroviários; g) Imobilizar e armazenar o dióxido de carbono (responsável pelo efeito de estufa); h) Janelas inteligentes, iluminação de baixo consumo (OLEDs) e ecrãs de elevada eficiência(TVs com tecnologia LED), de modo a reduzir o consumo de energia eléctrica; i) Aumentar a eficiência energética em edifícios (por exemplo, materiais que sejam bons isoladores térmicos); j) Construção de veículos de transporte terrestre e aéreo (os materiais para estas aplicações devem ser resistentes, mas quanto mais leves melhor); k) Utilização na fusão nuclear (isto é, materiais capazes de suportarem elevados níveis de radiação).

Outras áreas da Química igualmente importantes são a Catálise Química, Química de Fase Gasosa de Alta Temperatura, Radioquímica e Química Radiativa, Química de Imobilização/Mitigação de Resíduos,Electroquímica e Química Analítica, sem desprezar a sua integração importante com a Geologia (aGeoquímica) ou com a Bioquímica, Biotecnologia e outras Biociências.

Através da Catálise Química procura-se: a) O aperfeiçoamento de catalisadores e de processos de separação e conversão, para as tecnologias de processamento de matérias-primas com importância energética (como o crude, o gás natural, o carvão e a biomassa); b) O desenvolvimento de materiais electrocatalíticos e de membranas mais eficientes para células de combustível; c) A concepção de catalisadores e substâncias adsorventes que podem reduzir a emissão de gases nocivos para a atmosfera, como os óxidos de azoto e de enxofre; d) A combinação de catalisadores e foto-condutores, capazes de oxidar a água pela acção da luz (fotooxidação da água) para produzir hidrogénio (um combustível valioso), e a integração destes em sistemas capazes de capturar e converter o dióxido de carbono em metanol (outro combustível). Neste último caso, tanto o hidrogénio como o metanol podem ser utilizados como combustíveis, para a produção de electricidade. Esta área particular de investigação é conhecida por fotossíntese artificial, porque se tenta imitar o que as plantas fazem na natureza, através da utilização da luz solar.

Por intermédio da Química de Fase Gasosa de Alta Temperatura procura-se a investigação de processos químicos a temperaturas extremamente elevadas e a integração das áreas de conhecimento e tecnologia de combustíveis, química de combustão, termodinâmica e cinética de formação de óxidos de azoto e de partículas, no sentido de melhorar a eficiência energética dos processos de combustão, de limitar a produção de poluentes (como o problema particular das emissões de gases e partículas poluentes dos motores a gasóleo) e de aperfeiçoar tecnologias capazes de operar com diferentes combustíveis e co-incineração.

Na Radioquímica e Química Radiativa pesquisam-se materiais e técnicas de separação e de recuperação de substâncias radioquímicas, ao mesmo tempo que se investigam os efeitos da radiação na fadiga, stress e corrosão de materiais usados normalmente em centrais nucleares e novos materiais (como os polímeros), no sentido de encontrar soluções seguras para minimizar o efeito da radiação

A Química de Imobilização/Mitigação de Resíduos por seu lado