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Cristais
podem ser material de tanque de combustível do futuro
Kenneth Chang
The New York Times
À primeira vista, o cristal parece um diamante,
disse Omar Yaghi, professor de química da Universidade de
Michigan.
Mas o cristal sem cor é leve. Um cubo do material com um
lado de 2,54 centímetros pesa cerca de 1,5 grama. A olho nu
ele parece sólido, mas um microscópio revelará um queijo
suíço de buracos microscópicos. As moléculas no cristal
estão ligadas tão espaçadamente que 95% do volume é espaço
vazio, nada.
Este é o motivo de Yaghi ter dito: "Nós achamos que
será muito útil".
Um cristal que é em grande parte um espaço vazio é útil
para armazenas coisas -hidrogênio em particular.
O composto foi batizado de "Estrutura Metal-Orgânico Nº
177, MOF-177". Seguindo os passos do MOF-1 ao MOF-176,
ele ou um de seus sucessores poderá se tornar um tanque de
combustível no futuro.
Um obstáculo na mudança prevista para uma "economia
do hidrogênio", substituindo os combustíveis fósseis,
é que o hidrogênio, um gás em temperaturas ambientes, é
volumoso. Inserir uma quantidade razoável de hidrogênio em
um tanque de combustível de tamanho regular exigiria uma
compressão do hidrogênio em pressões muito altas, criando
um risco potencial em uma colisão, ou um esfriamento a
temperaturas muito baixas, o que é considerado não prático
e ineficiente. (O combustível teria que ser resfriado mesmo
com o carro estacionado.)
Em vez disso, Yaghi prevê cristais efêmeros agindo como
esponjas de hidrogênio, armazenando o gás em temperatura
ambiente sob menos pressão. Como uma esponja, a área de
superfície em torno dos buracos é enorme. Se um cubo de
2,54 centímetros de MOF-177 pudesse ser desmontado,
desdobrado e espalhado, ele cobriria uma área de 3.530
metros quadrados, ou cerca de dois terços de um campo de
futebol.
O hidrogênio e outras moléculas se ligam às superfícies.
Criar um cristal com maior área de superfície permite que
mais moléculas caibam em seu interior. "Então você
pode armazenar estas moléculas em uma superfície sem
precisar aplicar muita pressão", disse Yaghi.
Yaghi e colegas da Universidade de Michigan e da
Universidade Estadual do Arizona relataram os resultados na
atual edição da revista "Nature".
O MOF-177 parece um construção de "Tinker Toys"
(brinquedo com varetas de montar); uma molécula de óxido
de zinco age como um eixo central de conexão com os bastões
rígidos baseados em carbono que irradiam para fora.
"Meu interesse era construir estruturas a partir de
blocos de construção moleculares", disse Yaghi.
Os eixos e bastões formam uma treliça tridimensional, como
flocos de neve, com bastante espaço vazio. Como as moléculas
são rígidas, o cristal não entra em colapso como um balão
quando o ar é sugado para fora dele.
No trabalho publicado na "Nature", os cientistas
mostraram que podem encher um cristal de MOF-177 com nitrogênio
e com moléculas de carbono em forma de bola de futebol,
conhecidas como "buckyballs". Eles mostraram que
36,85 gramas de nitrogênio cabem em cristal de MOF-177 de
28,35 gramas. "Isto entrou facilmente", disse Adam
Matzger, professor de química da Universidade de Michigan e
outro autor do trabalho publicado na "Nature".
Eles também mostraram que moléculas ainda maiores que
estas, usadas como corantes, podem penetrar nos buracos,
tingindo o cristal de vermelho, laranja e verde.
Os pesquisadores, liderados por Yaghi, informaram no ano
passado na revista "Science" que um composto
anterior, o MOF-5, podia absorver concentrações de hidrogênio
de 2% por peso em temperatura ambiente e pressão de 20
atmosferas. O MOF-177 tem uma área de superfície 50% maior
e Yaghi acredita que inserir moléculas maiores nos espaços
aumentará ainda mais a área de superfície e a capacidade.
"Eles são interessantes; são inovadores", disse
Michael Ward, diretor do Centro de Engenharia, Ciência e
Pesquisa de Materiais da Universidade de Minnesota.
"Ainda resta saber se serão integrados à economia do
hidrogênio."
O Departamento de Energia estima que o armazenamento prático
de hidrogênio exigirá concentrações de pelo menos 6,5%.
Tradução:
George El Khouri Andolfato
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