Domamos o fogo, mas não sabemos nada sobre a fumaça

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/12/2021

Inúmeros tipos de nanopartículas se formam a partir das chamas - mas não sabemos como.
[Imagem: Jacob W. Martin et al. - 10.1016/j.pecs.2021.100956]

Onde há fogo, há fumaça

Já vai longe a época em que a humanidade domou o fogo, mas você talvez fique estarrecido ao descobrir que os cientistas ainda não compreendem a fumaça.

Você certamente sabe todos os benefícios do fogo, mas a fumaça que emerge dele - mais conhecida como fuligem - tem um papel igualmente importante.

A fuligem é um dos piores contribuintes para as mudanças climáticas. Seu impacto é semelhante às emissões globais de metano, perdendo apenas para o dióxido de carbono (CO₂). Isso porque as partículas de fuligem absorvem a radiação solar, que aquece a atmosfera circundante, resultando em temperaturas globais mais altas.

A fuligem também causa vários outros problemas ambientais e de saúde, inclusive nos tornando mais suscetíveis a vírus respiratórios.

Mas ela também pode ser útil: A fuligem pode ser convertida em negro de fumo por meio de tratamento térmico para remover quaisquer componentes prejudiciais. Os negros de fumo são ingredientes essenciais em baterias, pneus e tintas. Se esses carbonos forem pequenos o suficiente, eles podem até apresentar fluorescência, sendo usados para marcar moléculas biológicas, em catalisadores e até mesmo em células solares.

Contudo, tanto para evitar seus malefícios, quanto para usufruir de seu potencial, precisamos antes entender detalhadamente a formação da fuligem na combustão.

Estudar a fumaça

Já sabemos que o fogo - ou a combustão - produz fuligem, mas estamos longe de compreender sua formação, em particular a transição crítica quando as moléculas se agrupam no fogo para formar as primeiras nanopartículas de fuligem.

Um trio de pesquisadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, resolveu agora varrer toda a literatura científica já publicada para tentar garimpar algum conhecimento que seja útil para essa tarefa.

"Foi apenas na última década, no entanto, que técnicas experimentais e computacionais na ciência da combustão foram capazes de espiar por trás da porta para revelar insights sobre os primeiros mecanismos de formação de partículas carbonadas nas chamas," escreveram eles.

A equipe encontrou duas linhas principais de argumentação para tentar explicar o nascimento da fuligem - condensação física, na qual as moléculas formam gotículas, ou polimerização química, na qual as moléculas reagem para formar partículas.

Mas nenhum dos dois caminhos isoladamente alcança um poder explicativo adequado, uma vez que "a condensação física e elétrica das moléculas precursoras é rápida, mas muito fraca para manter a fuligem unida, enquanto a maioria das ligações químicas são fortes, mas os mecanismos propostos até agora são muito lentos para explicar o rápido crescimento da fuligem observada nos experimentos," escreveram os pesquisadores.

Conseguimos mapear as nanopartículas conforme elas se formam nas chamas - mas não entendemos os princípios de sua agregação.
[Imagem: Jacob W. Martin et al. - 10.1016/j.pecs.2021.100956]

Pesquisar a fuligem

Em vez dessas alternativas já publicadas, que não se mostraram satisfatórias, os autores sugerem um "caminho do meio", envolvendo mecanismos com aspectos físicos e químicos.

As opções mais promissoras envolvem π-radicais e dirradicais. Ainda assim, faltam evidências conclusivas para um mecanismo específico, bem como modelos preditivos.

Sem respostas ou propostas mais promissoras, restou aos pesquisadores aconselharem: "A emissão de nanopartículas de carbono precisa ser uma prioridade das [comunidades de] pesquisa e industrial, para o futuro dos dispositivos de combustão e das novas aplicações de materiais."

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