Série Kairoseki – Fontes de Energia

Por COMENTÁRIOS

Olá, meus amigos! Sejam bem-vindos a mais um artigo da Série Kairoseki, o espaço da OPEX em que você pode aprender sobre Engenharia dos Materiais junto com a aventura do Luffy! Para saber mais sobre esse projeto, leia a Parte 1 do artigo sobre Borracha.

E hoje o texto está muuuuuuito correlacionado aos últimos acontecimentos do MANGÁ. Então, meus queridos, ao continuar com a leitura, vocês podem se deparar com alguns spoilers. Fiquem atentos. E atentos como estão, vamos entender de onde vem tanta energia para a jornada dos Chapéus de Palha estar sempre a pleno vapor!

No capítulo 1065, fomos apresentados a um grande e pesado e envelhecido mistério: um robozão. Tudo nele chama a atenção: sua forma, sua imponência e sua história. Com o andar dos capítulos, soubemos que esse robô esteve em atividade há 200 anos, quando certos “donos” do mundo se sentiram ameaçados. Também pudera, um robô poderosíssimo estava prestes a atacar. Mas uma estranha sorte sorriu para os amedrontados: a corda do robô acabou. Ele não se mexia mais e não representava mais perigo. Que alívio! Embora, não para todos. Os cientistas da época (e da atualidade) buscaram entender como algo de tamanha imponência, totalmente livre de comandos humanos diretos, podia se mexer tão livremente. Um dos principais questionamentos, e até então não resolvido, foi relacionado à sua fonte de energia. Sim, uma fonte de energia robusta, eficiente e incompreensível era necessária para mover tamanho ser. E por isso esse artigo vai ousar: trará respostas que nem Vegapunk foi capaz de trazer (mentira!).

Temos no nosso mundo real muitas fontes de energia, as quais garantem que nossa existência contemporânea ocorra. Para cada uma delas, discutiremos um pouco sobre seu funcionamento e, de quebra, como os materiais garantem seu funcionamento. Dessa forma, poderemos entender como milhões de megawatts produzido por meios de fontes energéticas que utilizam o fogo, o sol e os átomos.

O poder do fogo

É fácil defender a ideia que um dos principais avanços da humanidade foi o domínio do fogo. Esse caloroso aliado permitiu que pessoas se aquecessem durante rigorosos invernos, protegem-se suas crias dos famintos predadores e cozinhassem alimentos capazes de nutrir mais eficiente e saudavelmente o cérebro humano. Muito tempo depois, ao aquecer água para o chá, perceberam que o vapor era capaz de fazer a tampa da panela cair do chão. Logo perceberam que o vapor d’agua poderia fazer a força de muitos homens e assim iniciou-se a revolução industrial. O fogo mudou o mundo.

Até hoje nos utilizamos desses artifícios e por isso continuamos bem nutridos e somos capazes de ir à lua. O fogo é um dos efeitos da transformação da energia química armazenadas nos compostos que são queimados. Por exemplo, quando o gás metano (CH4) reage com o gás oxigênio (O2), ocorre a formação de gás carbônico (CO2) e água (H2O), além de ter eliminação de energia — parte é energia térmica, que aquece o que está por perto; parte é energia que ioniza os gases e cria o fogo que vemos. Assim, em outras palavras, o fogo é a matéria ionizada de uma reação que libera energia térmica.

A energia térmica por si só não é capaz de gerar movimento, mas gases aquecidos sim. Devido a fenômenos muito bem explicados pela termodinâmica, quando um gás é aquecido, ele aumenta seu volume e, consequentemente, sua pressão se estiver num lugar confinado. Pressão não é nada além de força sobre área e é justamente essa força que faz turbinas girarem e pistões deslizarem.

No caso das turbinas, temos a seguinte sequência de transformação de energia: química -> térmica -> cinética -> elétrica -> qualquer outra. Em usinas termoelétricas que se utilizam da queima de combustíveis, a fonte de calor vem de materiais como carvão, petróleo e qualquer tipo de resíduo orgânico (orgânico no sentido químico da palavra) ou, até mesmo, de gás hidrogênio (H2). O calor aquece a água para temperaturas que ela evapora e se transforma em vapor d’agua. Esse gás, então, cria força o suficiente para superar o repouso da turbina e a coloque em movimento. O giro da turbina faz que, num gerador, ocorra a formação de uma corrente elétrica e, assim, produção de energia elétrica. Por fim, a energia elétrica permite que se crie luz em lâmpadas, calor em resistências, movimento em motores.

No caso dos pistões, o caminho, de forma simplificada, da transformação de energia é: química -> térmica -> cinética. Aqui, mistura-se, dentro de uma câmara de combustão, gás do combustível com ar atmosférico (rico em O2). Nesse sistema é acrescido uma pequena fonte de calor que faz com que a mistura exploda e aqueça rapidamente o ar. Dentro da câmara estão também pistões livres para subirem e descerem conforme as explosões ocorrem e tem aumento da pressão interna. Assim, tem-se a transformação da energia capaz de fazer um carro rodar nas estradas e um avião voar pelos céus.

Também vale um adendo sobre os combustíveis orgânicos. Os mais comumente usados são o carvão e os derivados do petróleo por serem ricos em carbono (C) e capazes de gerar grandes quantidade de energia, pois são abundantes e de fácil aquisição. No entanto, é justamente a queima desses combustíveis que vem a maior emissão de gases do efeito estufa, em destaque para o gás carbônico.

O poder do sol

Todos sabemos que a energia não se cria, mas sim se transforma. Aqui na Terra, temos multidões que realizam suas tarefas cotidianas, uma fauna que luta incessantemente para sobreviver e uma flora que cobre as superfícies terrosas e subaquáticas. E para isso tudo acontecer, é necessária uma fonte de energia, uma capaz de fazer que a vida ocorra. Felizmente a temos e ela brilha todos os dias para nós: o sol.

No caso da vida, quem transforma a energia oriunda do sol são as plantas e algumas bactérias. Elas são a base da cadeia alimentar, que se utiliza da fotossíntese para se nutrir. Esse processo utiliza a luz solar para desencadear uma reação química na qual há a formação de moléculas, como glicose, que posteriormente são ingeridas por demais seres vivos. Dessa forma, adquirimos a energia suficiente para nossa existência.

A engenhosidade humana permitiu que a energia solar também pudesse ser convertida em energia elétrica, o que faz com até mesmo objetos sem vida possam exercer funções. Isso pode ocorre de formas distintas.

Numa delas, o processo se assemelha muito às usinas termoelétricas descritas no tópico O Poder do Fogo. Usinas com vários metros quadrados compostas por espelhos refletem toda a luz solar para um único ponto. Dessa forma, há concentração de calor em uma caldeira, que aquece a água e, seu vapor, faz uma turbina gerar. Nota-se que, nesse caso, o que muda no processo é somente a fonte primária.

Outra maneira de produzir energia elétrica por meio do sol é com o uso de placas fotovoltaicas. Como o nome sugere, nesse caso, temos a conversão direta da energia solar para energia elétrica. Podemos observar em cobertos de casas ou até mesmo em usinas construídas especialmente para isso, placas compostas principalmente por cristais de silício com alto grau de pureza. Com a interação com a luz solar, nesse material, os elétrons são capazes de locomoverem entre os átomos, o que cria, assim, uma corrente elétrica e, consequentemente, energia elétrica.

O poder dos átomos

Einstein já nos dizia: E=mc². Para quem não sabe o que isso quer dizer, uma brevíssima explicação: massa (m) é igual a energia (E) — o c é a velocidade da luz. Sim, é possível transformar massa em energia, em muita energia, como podemos ver pela equação. E graças a isso, fontes energéticas nucleares se mostram tão importantes.

A transformação de massa em energia por meio de átomos pode ocorrer por dois mecanismos distintos: fissão e fusão nuclear. Na fissão nuclear, busca-se fissionar átomos grandes, como o do urânio, para gerar átomos menores, no caso o bário e o criptônio, além de raios gamas (fonte da radiação) e nêutrons livre (o que garante uma reação em cadeia). No caso da fusão nuclear, dois átomos pequenos, como o hidrogênio, se unem e formam um novo átomo maior, no caso o hélio. Em ambos os mecanismos, a massa dos produtos é menor que a massa dos reagentes, visto que houve a transformação de massa em energia.

Embora não pareça, essas fontes de energia também são classificadas como termoelétrica, visto que a energia gerada é utilizada para criar vapor d’agua e, consequentemente, girar turbinas acopladas em geradores elétricos

Apesar de ambas seguirem a equação de Einstein, é nítida a diferença entre elas. Assim, as usinas são dotadas de reatores completamente diferentes, pois cada reação possui suas particularidades. O ser humano tem tecnologia dominada e eficiente de geração de energia por fontes atômicas por meio da fissão nuclear. Chernobyl ou, num exemplo sem incidentes catastróficos, Angra 1 são usinas que utilizam essa tecnologia.

Em reatores de fissão nuclear, existem dois componentes que exercem suas funções justamente pelos materiais que os constituem. O componente de blindagem garante que a radioatividade, tão nociva que é, não ultrapasse as paredes dos reatores devido ao concreto, chumbo, aço e água que o constituem. O componente moderador de reação é constituído por cádmio ou BORO, pois ambos os materiais têm bom potencial em absorver nêutrons, partícula atômica responsável pela fissão nuclear em cadeia.

A fusão nuclear é provavelmente a fonte de energia mais importante para a vida humana, pois, afinal, é o que ocorre no sol. O astro rei brilha nos céus devido a reações que só ocorrem em altas temperaturas e pressões, condições em que átomos se fundem e geram energia.

Importante salientar: o sol não é uma grande bola de fogo. Como já foi dito anteriormente, o fogo é produto de uma reação química a nível molecular de um combustível com o O2. No sol, não temos nada disso, visto que a reação é a nível atômico sem a necessidade de um comburente.

Para atingirmos as condições de reação por fusão nucelar na Terra, é preciso um grande domínio tecnológico que, ainda, não foi atingido pela humanidade. Alguns projetos pelo mundo tentam “reproduzir o sol” em escala laboratorial e comercial, o que garantiria a produção de uma quantidade praticamente ilimitada de energia com baixa emissão de carbono e radioatividade. Na Europa, nos EUA e na China, projetos ocorrem simultaneamente, em que cada potência tenta ser a primeira a ter o domínio dessa tecnologia capaz de dar grande vantagem na disputa geopolítica.

O que torna esse desenvolvimento lento e árduo é dificuldade em manter a reação ativa e estável. Devido às condições extremas exigidas, se gasta mais energia do que se produz, o que não torna a tecnologia viável. Além disso, temperaturas acima de 1.000.000°C (sim, é isso tudo) deterioram qualquer material, o que exige um maior desenvolvimento nessa área. Um meio para superar esse problema é o uso de sistemas eletromagnéticos que impedem o contato entre o plasma gerado na reação e superfície do reator. Existem muitos desafios a serem superados.

O poder de mover um robô

Uma grande quantidade de metal na forma humanoide capaz de se mover independentemente: que grande engenhosidade. No nosso mundo, não temos nada parecido, mas podemos encontrar estruturas muito maiores que esse robô feito das ligas metálicas mais diversas que se locomovem pelos ares e mares. Falo de aviões e navios. Em ambos os exemplos, o movimento acontece pela queima de combustíveis de fonte orgânica em seus grandes motores mecânicos. É nítido que essa tecnologia poderia mover o robozão também.

Então, é o poder do fogo que move o grande robô? Acho difícil. A tecnologia é completamente aplicável ao sistema, mas, para isso, é preciso uma frequência de reabastecimento alta, o que aparentemente não acontece. Além disso, essa tecnologia é amplamente dominada na nossa sociedade e completamente possível de também ter sido no mundo de One Piece.

No Brasil, placas solares geram mais de 10 GW de potência operacional, o que equivale a 70% de uma Itaipu. É muita coisa. Além disso, veículos e estruturas humanas que estão além dos domínios terrestres se utilizam dessa energia para se mover ou se manter funcional: as sondas em Marte e a Estação Espacial Internacional.

Então, é o poder do sol que move o grande robô? Pouco provável. As placas fotovoltaicas que vemos sobre prédios e casas possuem baixa eficiência, em torno de 20% de transformação de energia solar em elétrica. Por isso, se faz necessário que tenha grandes áreas cobertas por esses componentes para gerar a energia capaz de manter uma residência iluminada. Por sua vez, as placas fotovoltaicas utilizadas por agências espaciais são mais eficientes, mas não o suficiente para diminuir drasticamente a área necessária. Além disso, no espaço, os sistemas são os mais leves possíveis e estão em condições de menor gravidade e resistência atmosférica, o que favorece a eficiência energética.

No entanto, é possível que essa fonte energética para mover o robozão não seja descartada. Justamente por ser uma tecnologia não compreendida, o material que reveste o robozão pode ter a capacidade gerar energia elétrica por meio de luz de forma plena, algo ainda não atingido pela humanidade. Além disso, o material do robô pode ser uma liga de baixa densidade, o que faz com se necessite de menos energia.

Em altas profundidades, por meses sem necessidade de emergir, grandes estruturas metálicas se locomovem pelos oceanos do mundo. Esses são os submarinos nucleares. A tecnologia de geração de energia por fissão nuclear tem total capacidade de ser aplicada em veículos, como ocorre em submarino. Estudos foram realizados para aplica-la em aviões, mas os danos que uma bomba atômica que voa sobre nossas cabeça podem causar foram motivos que suspenderam o desenvolvimento.

Então, é o poder dos átomos é o que move o robozão? Eu diria que sim! E pode ser tanto por reações de fissão quanto por fusão nuclear. Ambas as tecnologias têm bastante a acrescentar se exploradas na obra. A energia nuclear só é possível no nosso mundo pelas teorias desenvolvidas por Einstein. Aqui mora o primeiro ponto. Seria muito legal ver que Vegapunk, inspirado pelo nosso físico, também fosse o precursor dessa tecnologia em One Piece.

No nosso mundo, uma das primeiras utilizações da energia nuclear, por meio de fissão, não foi nada nobre: o desenvolvimento de bombas atômicas. E Einstein teve envolvimento nisso. Foragido da Alemanha nazista que o perseguia por ser judeu, o físico, ao ser informado que Hitler tinha interesse nesse tipo de armamento, escreveu para o presidente americano também o desenvolver. Assim, o projeto Manhattan nasceu, o qual produziu as bombas atômicas que destruíram Hiroshima e Nagasaki. Essa história pode criar um paralelo muito interessante do nosso mundo como o de One Piece. Veríamos a compreensão da tecnologia por de trás duma fonte de energia capaz de mudar o mundo, tanto pelo bem quanto pelo mal, devido a genialidade de um homem que teve que trabalhar para um governo interessado no seu conhecimento para desenvolvimento de ferramentas que lhe dessem poder.

Por sua vez, a fusão nuclear também traria uma boa ligação com nosso mundo, e de forma mais sutil. Assim como em One Piece, a fusão é uma tecnologia que no nosso mundo é visto com uma fonte de energia do futuro. Teríamos, assim, como leitores, a chance de acompanhar com o mesmo entusiasmo e esperança do Vegapunk o desenvolvimento de um mundo em que se possa ter energia limpa de forma ilimitada, o que garantiria melhoras para toda a sociedade. Além disso, a fusão nuclear é o que faz o sol ser o que é. E todos nós sabemos o quanto importante o sol é One Piece, visto que a muito comumente vemos a esperança de um mundo melhor se despertar num amanhecer.

Dessa forma, na minha ousadia, eu sugiro fortemente para nosso querido Vegapunk focar seus estudos na compreensão dos átomos. Assim, certamente, todos nós leitores de One Piece, por meio dessa fonte de energia, começaríamos a entender melhor a parte da história que até hoje nos é tão misteriosa.

E chegamos ao fim de mais um artigo na Série Kairoseki. Fica claro que as possibilidades estão à disposição e que o Oda pode explora-las de forma muito construtiva para desenvolver uma narrativa muito empolgante. Além disso, fica claro em como o ser humano é uma criatura incrível, capaz de criar as mais diferentes formas de ferramentas para trabalhar e se entreter. Com isso, os convido para continuar a ler a obra e, de quebra, a essa série, para vermos com qual energia descobriremos o que é o One Piece.

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