Evolução do olho - “Olhos de pedra”

Cientistas descobrem como estranho animal usa olhos de pedra

Os quítons têm cerca de 7,5 cm de comprimento

Foto: Kirt L. Onthank/UC Santa Barbara/Divulgação

Pesquisadores da Universidade da Califórnia - Santa Bárbara - descobriram como um molusco usa seus olhos feitos de cristais de carbonato de cálcio (aragonita) para se proteger de potenciais predadores. O estudo foi publicado na quinta-feira pela revista especializada Current Biology.

O pesquisador Daniel Speiser, hoje doutor, estudou moluscos na Flórida desde sua graduação, em especial um desses animais chamado quíton, que tem suas centenas de olhos feitos com lentes de aragonita, um tipo de pedra. Os olhos desses animais intrigam os cientistas há décadas, já que foi o primeiro animal descoberto com olhos feitos desse material - já se conheciam animais com olhos feitos com outro tipo de pedra, a calcita - e não se sabia, até então, se eles conseguiam realmente ver objetos ou apenas notar diferenças na luz.

Speiser e o professor Sönke Johnsen, da Universidade Duke, estudaram quítons do oeste da Índia (Acanthopleura granulata), que têm sete placas sobre o corpo cobertas de pequenas lentes. Para testar a visão das criaturas, eles colocaram os animais em um laboratório. Quando não eram incomodados, os quítons levantavam suas placas para respirar.

Os cientistas, então, aproximavam dos animais um disco negro, com 10 cm de diâmetro e 35 mm de espessura, ou um disco cinza de mesmo tamanho, sempre a 20 cm dos moluscos. Quando o disco cinza era usado, não havia resposta, mas quando o negro era aproximado, os quítons reagiam e se protegiam. A diferença na resposta indica que eles realmente viam o disco, e não sentiam apenas a mudança na luminosidade.

Segundo os pesquisadores, o olho desse animal é um dos mais estranhos da natureza. Suas retinas lembram as da lesma e as do caracol, mas estes conseguem responder à adição de luz no ambiente, enquanto a retina dos seres estudados só reage à diminuição de luz.

Os pesquisadores não acreditam que os olhos dos quítons têm relação com a evolução que levou aos olhos humanos. Apesar de ser um animal primitivo - eles teriam surgido há 500 milhões de anos - os primeiros registros de seus olhos datam de "apenas" 25 milhões de anos atrás, o que tornaria os seus olhos os mais recentes a evoluírem na natureza.

Originalmente em: noticias.terra.com.br

Artigos científicos sobre o tema:

Daniel I Speiser, Douglas J Eernisse, Sönke Johnsen. A chiton uses aragonite lenses to form images. Curr Biol. 2011 Apr 26;21(8):665-70. doi: 10.1016/j.cub.2011.03.033. Epub 2011 Apr 14. - PubMed 

Speiser, D., Demartini, D., & Oakley, T. (2014). The shell-eyes of the chiton Acanthopleura granulata (Mollusca, Polyplacophora) use pheomelanin as a screening pigment. Journal of Natural History, 48(45-48), 2899-2911. - www.researchgate.net - www.tandfonline.com  

Na trivial Wikipédia:

Este tipo específico de quíton exibe centenas de olhos em concha (<100 µm) embutidos em sua concha dorsal. Esses olhos fornecem uma visão especial, contendo uma retina, uma camada de pigmento de proteção e uma lente. - en.wikipedia.org - Acanthopleura granulata  

Extras

Uma coletânea de artigos sobre a evolução do olho

Lamb, T.D.; Arendt, D. & Collin, S.P. 2009. The evolution of phototransduction and eyes. Phil. Trans. R. Soc. B 12, 364(1531): 2791-2793.

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Arendt, D.; Hausen, H. & Purschke, G. 2009. The ‘division of labour’ model of eye evolution. Phil. Trans. R. Soc. B, 364(1531): 2809-2817.

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Nakanishi, N.; Hartenstein, V. & Jacobs, D.K. 2009. Development of the rhopalial nervous system in Aurelia sp.1 (Cnidaria, Scyphozoa). Development Genes and Evolution, 219(6): 301-317.

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Jékely, G. 2010. Origin and early evolution of neural circuits for the control of ciliary locomotion. Proc. R. Soc. B, 278(1707): 914-922.

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Arendt, D.; Denes, A.S.; Jékely, G. & Tessmar-Raible, K. 2009 .The evolution of nervous system centralization. In: Maximilian J. Telford & D. T. J. Littlewood. Animal Evolution: Genomes, Fossils, and Tress. Oxford: Oxford University Press, pp: 65-70.

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Purschke, G. 2011. Sipunculid-like ocellar tubes in a polychaete, Fauveliopsis cf. adriatica (Annelida, Fauveliopsidae): implications for eye evolution. Invertebrate Biology, 130(2): 115–128.

Vopalensky, P. & Kozmik, Z. 2009. Eye evolution: common use and independent recruitment of genetic components. Phil. Trans. R. Soc. B, 364(1531): 2819-2832.

Cubomedusas

Kozmik Z, Daube M, Frei E, Norman B, Kos L, Dishaw LJ, Noll M, Piatigorsky J. Role of Pax Genes in Eye Evolution: A Cnidarian PaxB Gene Uniting Pax2 and Pax6 Function. Dev Cell. 2003 Nov;5(5):773-85. - www.imls.uzh.ch - www.ncbi.nlm.nih.gov

Abstract

PaxB from Tripedalia cystophora, a cubomedusan jellyfish possessing complex eyes (ocelli), was characterized. PaxB, the only Pax gene found in this cnidarian, is expressed in the larva, retina, lens, and statocyst. PaxB contains a Pax2/5/8-type paired domain and octapeptide, but a Pax6 prd-type homeodomain. Pax2/5/8-like properties of PaxB include a DNA binding specificity of the paired domain, activation and inhibitory domains, and the ability to rescue spa(pol), a Drosophila Pax2 eye mutant. Like Pax6, PaxB activates jellyfish crystallin and Drosophila rhodopsin rh6 promoters and induces small ectopic eyes in Drosophila. Pax6 has been considered a "master" control gene for eye development. Our data suggest that the ancestor of jellyfish PaxB, a PaxB-like protein, was the primordial Pax protein in eye evolution and that Pax6-like genes evolved in triploblasts after separation from Cnidaria, raising the possibility that cnidarian and sophisticated triploblastic eyes arose independently.

Tradução

PaxB de Tripedalia cystophora, uma medusa cubomedusa possuindo olhos complexos (ocelos), foi caracterizada. PaxB, o único gene Pax encontrado neste cnidário, é expresso na larva, retina, cristalino e estatocisto. PaxB contém um domínio emparelhado do tipo Pax2 / 5/8 e octapeptídeo, mas um homeodomínio do tipo Pax6 prd. As propriedades semelhantes a Pax2 / 5/8 de PaxB incluem uma especificidade de ligação ao DNA do domínio emparelhado, domínios de ativação e inibição e a capacidade de resgatar spa(pol), um mutante ocular de Drosophila Pax2. Como o Pax6, o PaxB ativa os promotores cristalina da medusa e da rodopsina rh6 da Drosophila e induz pequenos olhos ectópicos na Drosophila. Pax6 foi considerado um gene de controle "mestre" para o desenvolvimento dos olhos. Nossos dados sugerem que o ancestral da água-viva PaxB, uma proteína semelhante a PaxB, foi a proteína Pax primordial na evolução do olho e que genes semelhantes a Pax6 evoluíram em triploblastos após a separação de Cnidaria, levantando a possibilidade de que olhos triploblásticos cnidários e sofisticados surgiram independentemente.

Debate: Biocombustíveis e seus limites x nosso vício em petróleo e carvão

Antigos comentários de um certo “Daniel” (em azul), ainda nos tempos do Orkut, comentários atuais meus e alguns daquele tempo, refeitos. Esse debate mostra alguns dos muitos erros que existem sobre combustíveis e, num quadro mais amplo, energia. 

O petróleo e o mundo

Andei discutindo algumas coisas relativas ao mundo com um grande amigo meu.

Alguns dos tópicos levantados são muito interessantes e merecem ser compartilhados.

1.O mundo só possui praticamente 7 bilhões de habitantes graças ao petróleo. O petróleo permite que um único homem produza o equivalente a uma centena, criando uma verdadeira "gordura" no sistema devido à hiperprodutividade. O petróleo é o principal responsável pelo nosso aumento de expectativa de vida, etc... justamente por permitir que nós possamos sair do estado natural onde os recursos são escassos e de difícil obtenção. Na verdade, a sociedade atual com cidades gigantescas e cheias de pessoas só é possível graças ao petróleo.

Na verdade, o mundo caminha para até mais de 8 bilhões de pessoas por diversos fatores incluindo o uso de combustíveis fósseis, mas não necessariamente pelo petróleo. 

Grande parte de nossa produtividade se deve à tecnologias e energia elétrica, e essa cada vez mais independe do petróleo, assim como também dos combustíveis fósseis como um todo, e num passo adiante, cada vez mais de energias renováveis sem dependência de uma economia de carbono. Infelizmente, concordamos que temos uma dependência ainda significativa do petróleo nos transportes, na logística.

A expectativa de vida aumentou por diversos fatores, como a agricultura e a medicina.

2.Se olhar gráficos da população mundial desde a idade da pedra até o início da revolução industrial, veremos que a população humana sempre variou de acordo com a capacidade de suporte da terra. Com a revolução industrial a população mundial que em milhares de anos nunca havia passado de 500 milhões de habitantes chegou em praticamente 7 bilhões de habitantes em alguns poucos séculos. Mais um fato interessante de se avaliar em relação à gordura do sistema que é possível principalmente devido ao petróleo nos dias de hoje.

Primeiramente, não concordamos que a população variou antes da revolução industrial relacionada à “capacidade de suporte da terra”. A população humana durante muito tempo teve a Terra praticamente como uma fonte - na prática - inesgotável de recursos. A industrialização veio ampliar enormemente nossa capacidade de extrair recursos, e esta capacidade entrou em sinergismo com tecnologias que permitiram produzir mais e mais materiais, como os passos do bronze para o ferro e do ferro para o aço, em paralelo, por exemplo, a produção de cimento, e esses materiais permitiram imensas ampliações na escala de extração, produção e transporte, tanto das infraestruturas como dos veículos.   

Notemos que mesmo com a primeira metade do século XX sendo já regida pelo petróleo, a população ainda não apresentava a curva que começou a ter depois dos anos 1950. Nisso percebe-se que o petróleo pode ter sido um dos impulsionadores da explosão populacional, mas não é o único.  

3.Olhando-se esse quadro geral, se um dia o petróleo realmente acabasse, teríamos um verdadeiro extermínio de pessoas por fome, pobreza, etc…

Como estamos vendo, a crescente substituição do petróleo e dos combustíveis fósseis ao longo desses últimos anos não tem causado extermínio da população, e sim maior ainda geração de riqueza e contínuo crescimento da população.

4- Em tribos de índios (sic) que não tiveram contato com o homem ocidental, podemos ver que é comum a prática do sacrifício de crianças com defeito ou de idosos (em alguns casos o idoso é morto, em outros chega a ser exilado para morrer). Isso ocorre, pois em uma situação natural de recursos escassos (eles não tem essa "gordura" do excesso de produtividade gerado pelo petróleo), não é possível a previdência e nem gastar recursos com pessoas que apenas consumirão e não produzirão.

Uma associação de certos costumes de sociedades primitivas, mesmo citando os gregos e os romanos quanto à crianças ou “esquimós” quanto aos idosos não é muito adequada em relação às fontes de energia, pois como o próprio exemplo dos romanos mostra, a escala econômica não é muito correlata com certa ética. O processo civilizatório e a evolução da ética foram durante muito tempo desconectados de uma mudança geral do paradigma de fontes e escala da energia, a qual realmente explode em capacidade com a revolução industrial.

Somos 100% dependentes do petróleo e nenhum biocombustível é energeticamente favorável o suficiente para substituí-lo.

Aqui, o conjunto de erros é amplo. Nós não somos dependentes totalmente do petróleo, os próprios biocombustíveis e a imensa capacidade de energia não relacionada aos combustíveis fósseis mostra isso. Mesmo o carvão e a sua ainda existente energia gerada mostram isso. Mesmo nos transportes, a quantidade de linhas de transporte sobre trilhos elétrica no mundo é uma marca de uma certa desconexão entre logística e petróleo, ainda que concordemos com um grande peso.

O petróleo ainda apresenta uma grande vantagem na produção de querosene de aviação, mas mesmo esse campo tem sido atacado pelo bioquerosene. 

Um complemento

O etanol que tanto é divulgado como alternativa, possui um baixo rendimento energético.

Esse “baixo rendimento” não é tão significativo. Aliás, existem carros esportivos de alta performance que funcionam com motores movidos a etanol. No biodiesel, as diferenças pela própria natureza dos combustíveis e pelos motores envolvidos são ainda menores.

Áreas imensas são ocupadas por cana de açúcar- é estimado que 1 tonelada de cana de açúcar produzam menos de 85 litros de etanol, ou seja, para encher o tanque de um carro flex de etanol você precisa de meia tonelada de cana de açúcar. E meia tonelada é muita cana.

A substituição da gasolina pela cana-de-açúcar é apenas parcial. A produção de biodiesel corre por outras produções, não competitivas totalmente com a produção de alimentos e inclusive a partir de resíduos antes inúteis ou prejudiciais ao ambiente.

Podemos apenas substituir parte da energia produzida com petróleo com biocombustíveis de 1a geração (etanol e biodiesel).

Já a 2a geração (celulósico), a 3a e a 4a (fotossíntese de algas) nos permitirá um tanto mais de capacidade.

Para um quadro amplo sobre biocombustíveis, recomendamos nosso artigo:

https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/biocombustiveis 

Observação 1: as modificações genéticas necessárias e a própria viabilidade frente a outras aplicações da engenharia genética envolvida e a entrada de mais e mais alternativas já na 1a geração tem tornado as 3a e 4a gerações um tanto abandonadas pela indústria mais pesada de biocombustíveis, embora a questão do bioquerosene possa ser perfeitamente desenvolvida nas gerações acima da 2a.

Observação 2: existe nessa informação entre massa de cana e volume de etanol produzido uma pista de uma importante questão, que é a massa de celulose disponível para a cogeração de energia e a produção de etanol celulósico. Some-se a celulose oriunda da produção de milho, apenas tomando-se um grande produto agrícola e tem-se idéia da quantidade de combustível possível de ser produzido ou, novamente num quadro mais amplo, da energia possível.

Mas só enfrentaremos o problema de não dependermos mais de combustíveis fósseis com o mercado de veículos elétricos e seus sistemas (muito provavelmente) e toda uma mudança da indústria de energia relacionada aos transportes, o avanço da biomassa em sua plena escala e o advento do mercado de hidrogênio (talvez).

Para os problemas do hidrogênio e diversos aspectos da geração de energia para transportes, ver nosso artigo:

Diálogos sobre energia em transportes

https://francisco-scientiaestpotentia.blogspot.com/2021/01/dialogos-sobre-energia-em-transportes.html 

Aí é que tá... não vai poder ser substituído por biocombustível... isso é inviável.

O erro aqui está em considerar “tal” biocombustível, como o etanol. Mesmo considerar-se a soma do biodiesel é incorreta e simplista. Os biocombustíveis podem incluir do metano a crescentes comprimentos de cadeias moleculares, passando por quase os mesmos hidrocarbonetos que o petróleo ou o carvão podem fornecer, e sem os problemas dos compostos com nitrogênio e enxofre destes. 

É sempre importante ressaltar o fato de que a biomassa produz muito mais carbono “queimável” que a produção atual e mesmo ampliada de combustíveis fósseis. Na verdade, mal arranhamos e arranhamos de maneira má - pelo tipo de aproveitamento descentralizado dos biocombustíveis em veículos - a capacidade da biomassa produzir energia.

Você já parou pra pensar que o caminhão que transporta a cana e o trator são movidos à diesel? A verdade é que não é economicamente viável usar etanol nem para mover os veículos pesados diretamente envolvidos na produção do etanol. O Diesel é ainda mais barato.

Aqui a afirmação é simplista, pois exatamente o biodiesel substitui o óleo dos motores diesel nessa área, e a questão volta a ser o total de biomassa e suas potencialidades, questão fundamental e da maior escala. Mas já a substituição de todo o mercado hoje de gasolina e seu motor a quatro tempos já seria um enorme passo - e ele está ocorrendo - no abandono do petróleo.

E sim, devido a isso, a humanidade é dependente do petróleo. Você vai no supermercado e encontra uma variedade enorme de produtos por causa do petróleo que move todo o tipo de máquina envolvidos desde a produção do alimento até o transporte ao mercado.

A questão geral da logística sempre passou pela adequação a novos paradigmas de fontes de energia. Caminhões e caminhonetes para as menores distâncias urbanas são cada vez mais uma realidade, e a logística “verde” do transporte ferroviário ao marítimo estão em constante aperfeiçoamento e substituição.

E não é só isso, praticamente tudo o que está ao seu redor teve o preço reduzido devido ao aproveitamento da energia barata oriunda do petróleo ou até mesmo derivados diretos do petróleo (que entram na composição de virtualmente tudo).

Com o tempo, a energia do carvão mineral e do petróleo tem se tornado inviável devido aos custos ambientais e a própria percepção de sua finitude, o que relaciona-se com o estudo paralelo da Miopia em Marketing que desde os primórdios afetou a indústria de petróleo.

Para um quadro de nosso conceito de Miopia em Marketing Ambiental, intimamente relacionado à questão, uma das maiores no campo, recomendamos:

Miopia em Marketing Ambiental - 1

A Miopia em Marketing Ambiental

Introdução ao conceito clássico de Miopia em Marketing - https://sites.google.com/site/medioquestoesambientais/miopia-em-marketing-ambiental 

Como muito já se disse, “a Idade da Pedra não acabou pela falta de matéria-prima”.

A verdade é que sem o petróleo as coisas vão se tornar tão caras que não será possível para a maioria das pessoas sobreviver. E o oposto também é verdade... sem o petróleo, a população humana nunca poderia ter crescido tanto.

Exatamente pela questão anterior essa afirmação não pode ser feita. Um mix de fontes e paradigmas tecnológicos está transformando a indústria de transportes, do pessoal às maiores escalas.

O petróleo e a utilização de sua energia são os responsáveis pelo bem estar social em última instância.

Como vimos antes, não, e sequer hoje, pela maior geração de riqueza, e aqui a questão econômica se impõe de maneira geral,e com o exemplo já clássico da um dia cara indústria de energia eólica, há a substituição da indústria de energia elétrica a partir do carvão.

Mas arranhamos ainda a indústria do biocarvão, que se tornará certamente gigantesca, e a propulsão desse crescimento é exatamente a capacidade da biomassa de ser produzida pelo planeta Terra e o Sol.

Sobre a energia solar, ainda usamos uma fração ínfima de sua capacidade, e as áreas desérticas, como já se evidencia no Marrocos, podem vir a suprir grande parte da energia do planeta, sem sequer tocar nas áreas florestais, ao contrário de problemas com a produção de biocombustíveis.

Mega Usina de energia solar no deserto africano pretende abastecer a Europa - https://www.portalsolar.com.br/blog-solar/energia-solar/mega-usina-de-energia-solar-no-deserto-africano-pretende-abastecer-a-europa.html 

O excesso de produtividade e o baixo custo são os únicos fatores que permitem uma cidade aberrantemente grande como São Paulo existir.

Os ganhos crescentes de produtividade e contínua redução de custos, aliados da crescente produção de energia de diversas fontes - e novas fontes - permitirão cidades ainda maiores e em maior número das que hoje temos.

Pare para refletir e você verá que tenho razão. Foi a industrialização e em seguida o aproveitamento do petróleo que permitiram a humanidade o bem estar social e o crescimento demográfico.

Será a nova industrialização (nova revolução industrial) e em seguida o aproveitamento de um enorme mix de fontes energéticas que permitirão a humanidade ainda melhor bem estar social e o crescimento demográfico, especialmente nas nações mais pobres.

Não estou defendendo o petróleo, até pelo contrário, mas racionalmente ainda não existem substitutos que possam contribuir para uma humanidade de 7 bilhões de habitantes.

Como vimos, por um olhar estreito de combustíveis líquidos, sem sequer se considerar outras formas de abastecimento de energia para os transportes, não há um substituto, mas havendo o mix de fontes, há a possibilidade de substituição total e suplantação da atual e até futura escala (pois o consumo de petróleo ainda pode ampliar seu consumo no mundo, antes de sua substituição por simples inviabilidade - que virá antes do esgotamento).

Para substituir o petróleo pelo álcool, as florestas passam a ser inconcebíveis, por exemplo.

Na verdade, pela produção de etanol celulósico e o conceito de cogeração e coprocessamento, as florestas passam a ser uma necessidade da produção de energia.

Para um entendimento do que seja coprocessamento, recomendamos nosso artigo:

Coprocessamento - docs.google.com 

Principalmente porque a cana de açúcar, conforme análise que eu coloquei (1 tonelada para 85 litros), precisaria de áreas enormes de terras para poder suprir o mundo de álcool como substituto ao petróleo. Isso sem considerar os derivados de petróleo que barateiam virtualmente tudo o que você possa imaginar em comprar nessa vida. Onde não tem plástico?

Como vimos, nem só de etanol ou biodiesel advirá a substituição do petróleo. Até do CO2 do ar podemos produzir combustíveis, e a fotossíntese sintética não é uma impossibilidade. Os processos de produção de combustíveis líquidos já datam desde a Segunda Guerra Mundial (como o Fischer-Tropsch), e podem ser muito aperfeiçoados em rendimento e ampliados em escala, além da associação com unidades relacionadas à produção de biomassa, como o biocarvão.

De moléculas já de dois e três carbonos, como o etanol e a glicerina, pode-se desenvolver toda a sorte de polímeros como o polietileno, o polipropileno e os acrílicos, e em especial nesses últimos, a própria explosão de oferta de glicerina no mundo levou a um barateamento brutal dessa classe de resinas. O PET, antes totalmente relacionado ao petróleo e com grande pegada ecológica pode ser obtido atualmente de biomassa.

Para se ter ideia dos avanços na área de captura e processamento do CO2 atmosférico:

A tecnologia que promete remover CO2 do ar e transformar em pó - https://www.bbc.com/portuguese/geral-47858794 

Transformar CO2 em combustível? Isso mesmo! 

https://epocanegocios.globo.com/Caminhos-para-o-futuro/Energia/noticia/2019/01/transformar-co2-em-combustivel-isso-mesmo.html   

  

  

O plástico é ruim? O plástico é o que permite que as coisas sejam mais acessíveis e no fundo (por mais incrível e contraditório que pareça) é o petróleo que tá segurando o resto de floresta que nos resta... pois podemos produzir mais em áreas menores graças a ele.  

  

Como vimos, não há uma conexão entre produção de polímeros (plásticos) e a necessidade do petróleo. Há uma momentânea situação de custos de certas matérias-primas, que pode ser suplantada por imensa capacidade de produção de espécies moleculares a partir da biomassa, e ainda há o problema que os próprios tipos de polímeros, em especial pelos grandes problemas da presença de resíduos plásticos no mundo, pode convergir para outras espécies moleculares de polímeros, não relacionadas com as matérias-primas derivadas do petróleo.

Como sempre, nesses custos, pode entrar na contabilidade os custos ambientais, o que faz mudar completamente o panorama.

Esse pensamento é no mínimo bizarro, mas é verdade e é interessante pararmos para refletir sobre isso.

Somente com nova estrutura de custos podemos ter um substituto para o petróleo. Ou seja: teremos de mudar toda a economia (transição da economia de carbono para uma livre de carbono, passando por uma de balanço nulo de carbono, ou “circular em carbono”).

Devemos observar que o consumo de petróleo com polímeros e outras espécies químicas é muito menor que o gasto para produzir energia.

Existe plástico feito da cana de açúcar (como o feito pela Braskem), e existe também de óleos vegetais e da glicerina, abundante hoje - como subproduto - pela produção de biodiesel, mas ainda não substituiria plenamente o petróleo e o gás natural na produção de seus derivados, que vão desde solventes, passando por fármacos até os polímeros e aditivos de diversos tipos para N produtos.

Inclusive, neste campo, não podemos ainda parar de usar carvão mineral (e seu “alcatrão da hulha”, berço da química industrial na Europa), que pelo menos para energia, já se mostra inviável, pelos custos ambientais ("a era do carvão acabou").

Délcio Rodrigues - A era do carvão chegou ao fim - http://www.observatoriodoclima.eco.br/a-era-do-carvao-chegou-ao-fim/ 

2015: o ano em que o carvão entrou em decadência - https://www.greenpeace.org/brasil/blog/2015-o-ano-em-que-o-carvao-entrou-em-decadencia/

Acabou a era da gasolina?

Depois de séculos de domínio mundial do petróleo, gás e carvão na produção de energia, uma transição abre passagem. A incógnita é quando ocorrerá o grande salto - https://brasil.elpais.com/brasil/2017/09/22/ciencia/1506075705_547083.html  

Mas nada que a síntese orgânica, incluindo a partir da Quimurgia, não possa fornecer, até pelo simples fato que as moléculas dos combustíveis fósseis originaram-se a partir de biomassa, e só teríamos de repetir certos passos feitos pela natureza.

Extras

O sorgo doce

Researchers at the University of Nebraska-Lincoln have made impressive strides in their work to optimize sweet sorghum for use as a bioenergy feedstock. At least two hybrid strains of the crop will be entering the market next year

http://biomassmagazine.com/articles/5419/unl-researchers-optimize-sweet-sorghum-for-bioenergy-feedstock

Para o entendimento e dados de qualidade acadêmica sobre biomassa, recomendamos os seguintes artigos do Grupo de Pesquisa em Bioenergia da USP:

Biomassa Moderna versus Biomassa Tradicional - http://gbio.webhostusp.sti.usp.br/?q=pt-br/livro/biomassa-moderna-versus-biomassa-tradicional 

Nos nossos arquivos: GBIO - Biomassa Moderna versus Biomassa Tradicional

Biomassa no mundo -

http://gbio.webhostusp.sti.usp.br/?q=pt-br/livro/biomassa-no-mundo 

Nos nossos arquivos: GBIO - Biomassa no mundo

Economia da energia de biomassa - http://gbio.webhostusp.sti.usp.br/?q=pt-br/livro/economia-da-energia-de-biomassa 

Nos nossos arquivos: GBIO - Economia da energia de biomassa

Para um quadro amplo de Logística Verde, recomendamos nossos artigos:

Logística verde, uma introdução - Uma nova visão para a Logística com atividade humana integrada ao ambiente

https://sites.google.com/site/medioquestoesambientais/logistica-verde/logistica-verde-uma-introducao   

E a série que se inicia com:

Tópicos em Logística Verde - I - O “pensar verde” e a logística

https://sites.google.com/site/medioquestoesambientais/logistica-verde/topicos-em-logistica-verde---i  

Divulgação sobre “BioPET”:

Finalmente uma alternativa verde para as garrafas PET - Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/02/2019

https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=alternativa-verde-garrafas-pet&id=010125190225#.YAw5_nily1s 

Referência de BioPET:

Dina Maniar, Yi Jiang, Albert J.J. Woortman, Jur van Dijken, Katja Loos. Furan-Based Copolyesters from Renewable Resources: Enzymatic Synthesis and Properties. ChemSusChem - DOI: 10.1002/cssc.201802867 

Diálogos sobre energia em transportes

 com Marinno Martins

Pontos sobre veículos elétricos, baterias, aplicações de motores, fontes de energia, problemas do uso do hidrogênio, biomassa e o biocarvão com suas diversas implicações ambientais.

Tenho já há anos mantido diálogos diversos, especialmente sobre biopoese (origem da vida) e evolução dos seres vivos, com o conhecido de longa data nas redes sociais, bioquímico, Marinno Martins.

Desta vez, um desses diálogos surgiu, mais longo que de costume, de uma mensagem sobre uma notícia na internet de investimento em propulsão de veículos por hidrogênio da parte da China.

Entendamos que quando se trata de fontes de energia para transportes, estamos tratando desde pequenas motocicletas e veículos de transporte individual, passando pelos dominantes no cenário automóveis e chegando aos caminhões e trens, considerando os meios de transporte sobre terra, assim como também os meios por massas de água e o transporte aéreo. Em suma, estamos tratando de motores e sua fonte de energia, que observe-se, mesmo para o quadro atual, mesmo em se tratando de petróleo, não são da mesma natureza de combustível empregado, como claramente entre gasolina, querosene de aviação, óleo diesel e óleo pesado, sem falar de emprego de gás natural e biomassa, seja na forma de álcool etílico, seja na forma do biodiesel com todas suas fontes de matérias-primas entre fontes vegetais e de resíduos animais.

Apenas como histórico, já tivemos o momento de disputa entre carros a vapor, movidos à lenha, com riscos característicos pela pressão de operação em sua caldeira, e por pouco tempo, os primeiros e caríssimos carros elétricos, ainda com baterias de chumbo e suas limitações de carga por peso. Com o surgimento dos veículos de motor de combustão interna, ambas as tecnologias foram abandonadas.

Veremos aqui que estas duas tecnologias, no seu básico, podem vir a se fundir e retornar numa revolução de paradigmas da produção, distribuição e consumo de energia em transportes.

O artigo cujo link me foi enviado:

China quer avançar em ideia menosprezada durante anos por Elon Musk

Governo chinês informou que o país se concentrará no uso de veículos movidos a hidrogênio, em vez das baterias elétricas como as usadas nos carros da Tesla

https://www.seudinheiro.com/2020/empresas/china-quer-avancar-em-ideia-menosprezada-durante-anos-por-elon-musk/  

Alguns problemas do hidrogênio

Uma das vantagens da combustão do hidrogênio é correlata com um dos seus problemas: a energia de sua reação com o oxigênio.

Exatamente pelo grande poder calorífico como combustível, mais seu estado gasoso, existem seu risco de provocar explosões,

Devido a fatores relacionados com esta energia, seu produto de combustão final com o oxigênio, a água, sendo abundante e barata, é sua fonte ideal em custos como material, mas exige grande quantidade de energia para ser decomposta, o que torna um balanço energético geral não muito atrativo.

Claro que há hidrogênio de fontes de diversas naturezas, como gás de síntese, que trataremos adiante, e hidrogênio oriundo de microorganismos, que a nosso ver, pode ser abandonado por um raciocínio rápido quando se pensa em fontes de biomassa chegando-se noutros combustíveis.

O hidrogênio ainda apresenta o problema da corrosão por "empolamento", pois quando o átomo de hidrogênio perde um elétron, passa a ser um pequeno núcleo atômico ou mesmo, na imensa maior parte dos casos, um próton isolado, e esse penetra facilmente em espaços do metal, que ao capturar algum elétron livre, volta a ocupar o espaço de um átomo, da ordem de dez mil vezes maior, e forma também rapidamente moléculas, causando enorme pressão, levando à deformações e rompimento do metal. Isso não é um grande problema em cilindros de uso industrial e laboratorial, nas seria um grande problema na produção, transporte e estocagem intermediárias de grande escala.

Apenas como curiosidade, a amônia, que permite uma combustão limpa e com resíduos apenas a água e o nitrogênio, também já foi testada como combustível, mas guarda problemas com sua toxicidade, e assim como o hidrogênio, uma necessidade de estocagem sob pressão.

As células de combustível, que são geradores de eletricidade, podem ser uma solução parcial, em uso cruzado com a estocagem de hidrogênio em esponjas metálicas nos veículos, mas não elimina a estocagem noutros meios e na logística, o que retorna a problemas já apresentados, gerando o que denominamos uma "cascata de inviabilidades".

Porém as células de combustível podem usar biocombustíveis diversos, especialmente com vantagens para moléculas pequenas, como o etanol, e cairemos nas soluções de biomassa que pretendemos apresentar.

As fontes centralizadas de grande escala

A produção de energia elétrica em grandes centrais apresenta diversas vantagens, das quais destacamos: a economia de escala, a capacidade de usar diversos materiais como combustíveis, e o aproveitamento direto e na mesma escala das emissões e subprodutos - e tal se dá conjuntamente com o controle das emissões poluidoras - a possibilidade da cogeração (aproveitamento de calor gerado em processos) assim como o coprocessamento (a combustão de materiais diversos conjuntamente com a produção de outro produto extensivo, como destacadamente o cimento).

Em contrapartida, quando a geração de energia é distribuída nos veículos, todos esses ganhos e sistemas pretendidos como fechados e com ecologia industrial possível são perdidos, e os riscos distribuídos.

Ganhos de eficiência

A eletricidade e os motores elétricos possuem vantagens claras frente aos combustíveis, tanto em comportamento quanto ao torque como eficiência energética, e tal já se expressa nas locomotivas diesel-elétricas, nos caminhões de grande porte para mineração e nos sistemas de propulsão navais, tanto de navios como os de cruzeiro quanto nas plataformas de exploração de petróleo.

Uma extensão entre fonte por combustão e veículo seria apenas um distanciamento da distribuição dessa energia, e com ganhos pela centralização e maior escala.

Vantagens na distribuição

Da mesma maneira que a eletricidade não veicular é já há mais de século distribuída para usos finais fixos, uma estrutura de distribuição de energia elétrica veicular análoga à estrutura de refinarias e posteriores postos de combustíveis é apenas uma expansão de tal infraestrutura. A diferença que deve ser lembrada é que o reabastecimento doméstico e em garagens em espaços comerciais e empresariais os mais diversos se soma, e permite a integração com retorno de energia excedente à rede, coisa impensável no segmento de combustíveis.

Não se pode tratar jamais a logística de combustíveis como algo que se aproxime da facilidade de distribuição da energia elétrica. Vazamentos, perdas de pressão, necessidade de estocagem em pontos específicos, a brutal diferença entre cabeamento e dutos, as possibilidades da transformação e as características da carga elétrica e propriedades decorrentes do que seja diferença de potencial são todos fatores que entram no equacionamento.

Essa produção de energia centralizada é intrinsecamente segura quando comparada à uma geração distribuída nos veículos e intrinsecamente limpa em se tratando de áreas urbanas. 

Biomassa e biocarvão 

A quantidade de biomassa disponível no mundo é de escala bem maior do que os combustíveis fósseis, e tal é facilmente entendido pela constatação que o carvão mineral e o petróleo, esse mais raramente, são subprodutos da biomassa.

Os balanço de emissão de gases de efeito estufa da biomassa e sua utilização são discutíveis, mas a condução para um balanço negativo, com absorção de dióxido de carbono atmosférico é possível, tarefa que para ser realizada pelo uso de combustíveis fósseis necessita da produção de biomassa, o que conduz a um dilema que nos leva a um quadro geral de que o não direcionamento da indústria de energia baseada em combustão à biomassa trata-se de ampla e profunda Miopia em Marketing Ambiental, definição de fenômeno nossa, uma Miopia de Marketing de Sustentabilidade, conforme diversos autores, e Miopia Tecnológica, a miopia para um aspecto específico do que não está sendo percebido num cenário / ambiente do negócio em evolução.

Além dos produtos de biomassa que podemos definir como 'quimúrgicos' (de Quimurgia, a produção de substâncias químicas a partir da agricultura), relativamente diretos, como o etanol, os óleos vegetais e os derivados biodiesel e diversos biocombustíveis de diversas gerações, alguns de aplicações específicas, como o bioquerosene (ver Apêndice), temos a combustão direta total, como dos resíduos da produção agrícola a mais diversa, e a combustão parcial, pirólise, a qual analisaremos mais detalhadamente.

A combustão parcial, incompleta de madeira trata-se no conceito de biocarvão. Trata-se simplesmente da expansão em escala e patamar técnico (o artesanal substituído pela engenharia) e tecnológico da carvoaria, normalmente associada a um extrativismo predatório, para unidades totalmente viáveis economicamente, com aproveitamento de calor, aproveitamento de efluentes e resíduos em processamentos químicos, redução de efeitos ambientais os mais diversos e integração com sistemas de reflorestamento, incluindo respectivamente a absorção de dióxido de carbono atmosférico e a manutenção de biomas completos.

A viabilidade econômica se dá pela simples escala e balanço de energia produzida e sua receita direta somada a outras receitas advindas de subprodutos. 

A geração de energia pelo aproveitamento de calor produzido na combustão parcial é apenas uma modificação óbvia dos processos de produção de energia nas usinas termoelétricas a carvão mineral.

Entre os subprodutos / efluentes da combustão incompleta, temos o gás de síntese, rico em monóxido de carbono e com determinado teor de hidrogênio, que possibilita diversos caminhos de síntese de hidrocarbonetos de cadeias de carbono até certo comprimento viável principalmente pelo processo Fischer-Tropsch, e pelo alcatrão vegetal, conjunto de substâncias voláteis que destila da massa vegetal em processamento, com moléculas mais complexas, com analogias com o alcatrão da hulha, berço de toda a química predominantemente europeia a partir da segunda metade do século XIX.

Assim, plantas químicas diversas podem ser acopladas à unidade de produção de biocarvão e sua unidade de geração de energia elétrica, e tal como uma refinaria de petróleo e pólos petroquímicos próximos, se teria a termoelétrica de biocarvão, uma refinaria de alcatrão vegetal e um pólo 'biocarboquímico', em uma ecologia industrial adequada.

A integração com sistemas e parques periféricos de reflorestamento, pela escala e perenidade do empreendimento, necessariamente de décadas, permite o reflorestamento de biomas completos, como por exemplo, florestas de coníferas com produção de madeira (o que é para todos os casos uma produção em paralelo), florestas úmidas com suas diversas produções extrativistas e a adaptação em escala da já existente produção de carvão em biomas caracterizados por árvores de menor porte, como observamos na caatinga e no cerrado brasileiro.

A absorção do dióxido de carbono se processa pela formação de biomassa e na produção do biocarvão, que pode ser enterrado, fazendo o caminho inverso da liberação do carbono dos "esconderijos" que são os combustíveis fósseis.

As baterias e suas características

Independente do crescente ganho em eficiência e capacidade de armazenamento das baterias ao longo dos últimos anos, mesmo com limites eletroquímicos que são intransponíveis, as baterias apresentam as vantagens de modularidade, que distribui os efeitos de falhas, e permite com incrementos apenas de quantidade os ganhos de potência.

Para explicarmos esse ponto, por exemplo, um cilindro de motor diesel falhando é carga a ser carregada pelos demais cilindros, e um motor diesel de um automóvel tem a sua escala específica, e não tem qualquer utilidade para um caminhão, tendo cada um seu nicho específico e processos e linhas de produção exclusivos. Claro que os motores elétricos também tem sua escala, mas desdobram o problema em duas partes distintas, a unidade de produção de potência e a unidade de geração de torque.

Um motor elétrico adequado a um avião, com exigências de velocidade de rotação e estabilidade de operação, assim, pode ser abastecido pelo mesmo produto modular da indústria que fornece as unidades de potência de uma moto esportiva ou de um veículo de carga, que necessitam de motores com características específicas.

O consumo consciente e os custos absorvíveis

Concordamos que os custos durante um bom tempo se manterão globalmente, em todo o quadro de exigência, mais altos, e tal será primeiramente suportado por sociedades mais ricas e mais direcionadas por um consumo ambientalmente consciente. Tal se evidenciou similarmente com o consumo de combustíveis de menor teor de enxofre, e foi problema ultrapassado por determinação das sociedades e seus estados. 

Mas da mesma maneira que a produção de energia termoelétrica por carvão mineral tem sido crescentemente abandonada nas últimas décadas pela produção de energia eólica dado quando somados os custos ambientais, a adoção de veículos elétricos suplantará os veículos a combustíveis fósseis, pelos motivos ambientais gerais e custos associados. 

Lembrando a já clássica frase: 

"A Idade da Pedra não acabou pela falta de matéria-prima."

Nossa discussão, aqui, centrou-se apenas da nuance de como esses veículos serão abastecidos de energia.

Referências

Para um quadro geral de biomassa, recomendamos a trivial Wikipedia:

https://en.wikipedia.org/wiki/Biomass 

Coprocessamento

https://docs.google.com/document/d/1vfC4i2klCn3vr_XLm9sRDRNZmfkEPacLXx8PVbvmvL8/ 

Miopia em Marketing Ambiental

https://sites.google.com/site/medioquestoesambientais/miopia-em-marketing-ambiental 

Miopia de Marketing de Sustentabilidade

https://www.hisour.com/pt/sustainability-marketing-myopia-40206/ 

Nos nossos arquivos:

https://docs.google.com/document/d/1Q_1p2bbC-_Ed4fXhHVcQgDUxZtGqk9GPsNkYnVSDZMY/ 

Miopia Tecnológica

https://docs.google.com/document/d/1Dv2gHwpZ67Vsijbxv5VtwKcsdD0LGZv7nUG4p3WMcM4/ 

Biocombustíveis e suas gerações

https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/biocombustiveis 

Para uma ilustração genérica e didática do que seja o gás de síntese:

https://www.infoescola.com/combustiveis/gasogenio/ 

Nos nossos arquivos:

https://docs.google.com/document/d/15xL7XxG2eeoARxGCsB9wSo69YVUzfxsJtaHesiEBgtU/ 

Processo Fischer-Tropsch

https://pt.m.wikipedia.org/wiki/Processo_de_Fischer-Tropsch. 

Recomendamos:

Miopia do marketing do século XXI

https://www.marketingsustentavel.com.br/3-5-miopia-do-marketing-do-seculo-xxi/ 

Apêndice

O bioquerosene e sua aplicação específica

Entendemos que o uso de motores elétricos para aviões restringe-se à propulsão à hélice, que por motivos aerodinâmicos limita-se à certas velocidades já bem entendidas desde os anos 1950. A propulsão à velocidades como a dos atuais aviões comerciais de determinado porte só é possível pelos motores propulsionados por turbinas, seja jato puro, seja turboélice, e tal limitação em velocidade cruza com a questão de potência exigida.

As altitudes viáveis - e consequentes temperaturas ambientais - para os motores à turbina exigem características específicas do combustível, o que leva ao querosene de aviação, que além da densidade de carbono por moléculas típicas relativamente curtas, tem de ter conteúdo molecular de oxigênio se possível nulo e teor de água que o caracteriza como anidro, isento de água.

O biodiesel, em qualquer configuração molecular, pode abastecer sem problemas motores à explosão e turbinas de uso em solo, mas não apresenta a característica de baixo oxigênio molecular.

Faz-se necessário o uso do chamado bioquerosene, que é produto de quebra e remoção das estruturas oxigenadas de moléculas de ácidos graxos, padronização do comprimento das moléculas e posterior remoção de teor de água.

Para mais informações

https://pt.m.wikipedia.org/wiki/Bioquerosene 

Combustíveis Sustentáveis de Aviação - Bioquerosene - Proposta de Agentes da Cadeia Aeronáutica do Brasil sobre a Consulta Pública MME nº 26 de 15/02/2017

https://drive.google.com/file/d/10Nnj7rsvNO_FOiOOqfACgwNFgck2vxww/ 

Bioquerosene de óleos vegetais - 29/09/2009 - Thiago Romero - Agência FAPESP 

http://www.agencia.fapesp.br/materia/11133/noticias/bioquerosene-de-oleos-vegetais.htm. 

Nos nossos arquivos:

https://docs.google.com/document/d/1Xt5_dRoreMHEc2Do0XopFJfyrUxKXGKpdImMuXsFsFk/ 

Placas fotovoltaicas e inércia

Existem veículos com placas fotovoltaicas mas não possuem muita potência, sendo mais curiosidades, projetos e competições acadêmicas. O problema básico é a área possível de instalação das placas e a potência requerida para uma carga útil.

Aproveitamento da inércia, frenagem e das descidas com geração nas rodas existe em carros no mercado hoje, mas a capacidade, até pela simples 2a lei da Termodinâmica, é sempre limitada e no fundo um ganho de eficiência, nada além disso.