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Em um mundo cada vez mais preocupado com as implicações ambientais e geopolíticas do uso de combustíveis fósseis, a energia nuclear ressurgiu como um assunto de grande interesse. Sua capacidade de gerar eletricidade em escala sem emissões de gases de efeito estufa é promissora como uma fonte de energia limpa sustentável que pode fazer a transição da sociedade dos combustíveis fósseis para um futuro líquido zero. No entanto, a geração de energia nuclear produz resíduos radioativos. A gestão segura de resíduos nucleares continua sendo um desafio crucial que deve ser enfrentado para ganhar a confiança do público nesta solução de energia transformadora.
Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Houston apresentou uma solução inovadora para o gerenciamento de resíduos nucleares: cristais moleculares baseados em hidrazonas de ciclotetrabenzil. Esses cristais, baseados em uma descoberta inovadora feita pela equipe em 2015, são capazes de capturar iodo – um dos produtos de fissão radioativos mais comuns – em soluções aquosas e orgânicas e na interface entre os dois.
“Este último ponto é particularmente importante porque a captura de iodo nas interfaces pode impedir que o iodo atinja e danifique os revestimentos de tinta especializados usados em reatores nucleares e recipientes de contenção de resíduos”, disse Ognjen Miljanic, professor de química e autor correspondente do artigo detalhando a descoberta em Células Relatórios Ciências Físicas.
Esses cristais exibem uma incrível capacidade de absorção de iodo, rivalizando com estruturas metálicas orgânicas porosas (MOFs) e estruturas orgânicas covalentes (COFs), que anteriormente eram consideradas o auge dos materiais de captura de iodo.
Alexandra Robles, a primeira autora do estudo e ex-aluna de doutorado que baseou sua dissertação nesta pesquisa, estava trabalhando com os cristais no laboratório de Miljanic quando fez a descoberta. Seu interesse em encontrar uma solução para o lixo nuclear levou Robles a investigar o uso de cristais para capturar iodo.
“Ela acabou captando iodo na interface entre as camadas orgânica e aquosa, fenômeno pouco estudado”, disse Miljanic, acrescentando que esse recurso excepcional oferece uma vantagem crucial. “Quando o material é depositado entre a camada orgânica e aquosa, ele essencialmente interrompe a transferência de iodo de uma camada para outra.”
Esse processo não apenas preserva a integridade dos revestimentos do reator e aumenta a contenção, mas o iodo capturado também pode ser movido de uma área para outra. “A ideia aqui é que você o capture em um local onde é difícil de gerenciar e depois o libere em um local onde seja fácil de gerenciar”, disse Miljanic.
O outro benefício dessa tecnologia de captura e liberação é que os cristais podem ser reutilizados. “Se o poluente grudar no regente, tudo tem que ser jogado fora”, disse ele. “E isso aumenta o desperdício e a perda econômica.”
É claro que todos esses grandes potenciais ainda precisam ser testados em aplicações práticas, o que faz Miljanic pensar nos próximos passos.
Moléculas, Cristais e Polvos, Oh My!
A equipe de Miljanic cria essas minúsculas moléculas orgânicas contendo apenas átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio usando produtos químicos disponíveis comercialmente.
Cada cristal é uma estrutura em forma de anel com oito peças lineares emanando dele, o que levou a equipe de pesquisa a apelidá-lo de “O Polvo”.
“Eles são muito fáceis de fabricar e podem ser produzidos em larga escala a partir de materiais relativamente baratos, sem nenhuma atmosfera protetora especial”, disse Miljanic.
Ele estimou que atualmente pode produzir esses cristais ao custo de cerca de US$ 1 por grama em um laboratório acadêmico. Em um ambiente industrial, Miljanic acredita que o custo cairia significativamente.
Esses pequenos cristais famintos são muito versáteis e podem capturar mais do que iodo. Miljanic e sua equipe usaram alguns deles para capturar dióxido de carbono, o que seria outro grande passo em direção a um mundo mais limpo e sustentável. Além disso, as moléculas “Octopus” estão intimamente relacionadas com as encontradas em materiais usados para fabricar baterias de íon-lítio, o que abre as portas para outras oportunidades energéticas.
“Este é um tipo de molécula simples que pode fazer todo tipo de coisas diferentes, dependendo de como a integramos com o restante de qualquer sistema”, disse Miljanic. “Então, estamos buscando todas essas aplicações também.”
Ele está entusiasmado com o grande potencial oferecido pelos cristais e ansioso para explorar aplicações práticas. Seu próximo objetivo é encontrar um parceiro que ajude os cientistas a explorar diferentes aspectos comerciais.
Até lá, os pesquisadores planejam explorar ainda mais a cinética e os comportamentos das estruturas cristalinas para torná-las ainda melhores.
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