NIÓBIO: HISTÓRIA E POTENCIAL..

Do Vale do Silício, o maior polo de inovação tecnológica do planeta, todo mundo já ouviu falar. Foi lá, na Califórnia, que nasceram empresas como Google, Facebook e Apple. Mas e o Vale do Nióbio: alguém saberia dizer o que é ou onde fica? Bem, se depender do presidente Jair Bolsonaro, será no município de Araxá, a 360 km de Belo Horizonte (MG). Em vídeo publicado na última semana de junho, Bolsonaro aparece mostrando as atribuições do metal para a fabricação de joias. A gravação foi feita em Osaka, no Japão, onde ele participava do encontro do G20.

Na capital mineira funciona a sede da Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), a maior produtora de nióbio do mundo. Em julho de 2016, quando ainda era deputado federal, Bolsonaro visitou a sede da empresa e gravou um vídeo exaltando as virtudes do minério. “Isso pode nos dar independência econômica!”, declarou. Logo no começo do vídeo, ele explica que os 118 elementos químicos da tabela periódica podem ser encontrados em nosso país. O nióbio está ali, na quinta coluna, entre o zircônio e o molibdênio. De número atômico 41, é classificado como “metal de transição”: em poucas palavras, o minério deixa o aço (ainda) mais forte e resistente. Foi descoberto por Charles Hatchett (1765-1847) em 1801, quando o químico inglês analisava amostras de uma rocha do acervo do Museu Britânico, em Londres. Por ter vindo da Colúmbia Britânica, uma das dez províncias do Canadá, recebeu o nome de columbita. O metal ganhou seu nome definitivo em 1844 e apenas em 1949 foi reconhecido oficialmente como um elemento químico.

Voltando ao Brasil do século 21, o metal pode nos transformar em superpotência, como acredita o novo presidente? O engenheiro de materiais Hugo Sandim, da Escola de Engenharia de Lorena (USP), acha difícil. “O nióbio não tem superpoderes. Sozinho, não vai resolver as mazelas nacionais.”

Meu nome é nióbio!

1. LAÇOS DE FAMÍLIA

De acordo com a mitologia grega, Níobe era filha de Tântalo e Dione e foi transformada em rocha por Zeus. Até a primeira metade do século 19 os cientistas acreditavam que o nióbio e o tântalo correspondiam ao mesmo elemento químico.

2. É DO BRASIL

Foi o geólogo mineiro Djalma Guimarães (1894-1973) que descobriu a reserva de nióbio em Araxá (MG), em 1953. Entre outras proezas, ganhou o título de “Príncipe dos Geólogos” da cientista polonesa Marie Curie (1867-1934).

3. NA BOCA DO POVO

Candidato a presidente em 1989, 1994 e 1998, Enéas Carneiro (1938-2007) foi o primeiro a usar o nióbio como trampolim eleitoral. Em 2005, chegou a dizer que, comparado ao roubo do minério, o mensalão era “mesada de trombadinha”.

Quem são os donos do negócio

Detentora de uma fortuna estimada em R$ 77 bilhões, a família Moreira Salles controla desde a década de 1960 a empresa que é a maior produtora de nióbio em todo o planeta. Em dezembro do ano passado, João e Walter, dois dos quatro irmãos Moreira Salles, avisaram que não pretendem “comprar” o Botafogo, seu clube do coração, porque não têm vocação para Roman Abramovich, o magnata russo que, em 2003, comprou o clube inglês Chelsea. Bem, não compram porque não querem. Se quisessem, poderiam. Fernando, Pedro, João e Walter são donos da CBMM e acionistas do Itaú, o maior banco da América Latina. A fortuna da família é estimada em R$ 77 bilhões.

Tudo começou em 1965, quando Walther Moreira Salles (1912-2001), banqueiro e ex-embaixador do Brasil em Washington, tornou-se acionista majoritário das operações da CBMM em uma mina de nióbio em Araxá. Hoje, a família detém 70% das ações da empresa.

Em 2011, os irmãos venderam uma participação de 30% — sendo 15% a um consórcio japonês-sul-coreano e 15% a um grupo de empresários chineses — por US$ 3,9 bilhões. Quanto vale a companhia que produz 80% do nióbio do planeta? Algo em torno de US$ 13 bilhões.

Nióbio não falta

As maiores reservas ativas de nióbio, em torno de 98,4%, estão no Brasil. Comendo poeira, Canadá e Austrália aparecem em segundo e terceiro lugares, respectivamente, com modestíssimos 1,11% e 0,46%. “O nióbio não é raro”, diz Eduardo Ribeiro, CEO da CBMM. “Há reservas na Rússia, nos EUA e em países do continente africano. Como o mercado é limitado, ainda não entraram em operação.” Por aqui, a extração é feita por duas empresas. Uma delas é a já citada CBMM, a maior produtora do mundo. A outra é a CMOC Brasil, subsidiária da China Molybdenum (CMOC), que fica em Catalão, a 256 km de Goiânia (GO).

Os estados de Minas Gerais (cidades de Araxá e Tapira), Amazonas (São Gabriel da Cachoeira e Presidente Figueiredo) e Goiás (Catalão e Ouvidor) são os donos das maiores reservas nacionais. Estudos realizados por especialistas indicam que apenas em Araxá há ao menos 842 milhões de toneladas disponíveis do metal. O que isso quer dizer? É nióbio que não acaba mais! O suficiente para suprir a demanda mundial — que foi de 106 mil toneladas em 2018 — pelos próximos dois séculos. Ou seja, até 2219. Para efeito de comparação, a CBMM produziu 90 mil toneladas de produtos derivados do nióbio no ano passado.

Extraído de uma mina a céu aberto, o minério puro é transformado em produtos acabados como ferronióbio, óxido de nióbio e nióbio metálico. Na CBMM, a mineração é apenas a primeira das 15 etapas necessárias, que incluem o refino, a metalurgia e a embalagem. Todos os dias, uma média de 250 toneladas de produtos de nióbio são despachadas para mais de 60 países: nove em cada dez compradores são indústrias que fabricam aço.

Cheio de utilidades

Não é qualquer elemento que pode ser usado tanto em uma ponte na França quanto em uma sonda espacial: especialistas destacam a versatilidade das aplicações do nióbio

Você saberia dizer o que o telescópio espacial Hubble, projetado para tirar fotografias do Sistema Solar, tem a ver com o viaduto francês de Millau, que é suspenso por cabos e considerado o mais alto do planeta, com 343 metros de altura? Ou então com o Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), o maior acelerador de partículas do mundo? Além de toda a tecnologia envolvida, esses projetos utilizaram nióbio em muitos de seus componentes. No caso do LHC, os cabos supercondutores, feitos de liga de nióbio e titânio (NbTi), preservam suas propriedades originais mesmo submetidos a altíssimas temperaturas. Já o peso do viaduto francês foi reduzido em 60% graças à adição de 0,025% de nióbio ao aço.

E não para por aí. O metal pode ser encontrado em itens que vão de equipamentos médicos a reatores nucleares, de plataformas de petróleo a turbinas de avião. De acordo com a CMOC Brasil, segunda maior produtora do mundo, 34% do seu nióbio são usados na construção civil, 32% no setor de óleo e gás, 20% na indústria automotiva e 5% na indústria química. “O uso do metal tem aumentado por várias razões: versatilidade, vantagens econômicas e disponibilidade de suprimento a longo prazo”, avalia Edmilson Costa, coordenador de geologia e mineração do Instituto Brasileiro de Mineração (Ibram). “Em muitos casos, a quantidade necessária para produzir melhorias significativas nas propriedades mecânicas do produto é mínima. Na fabricação de aço de alta resistência e baixa liga (ARBL), o nióbio é adicionado em quantidade que vai de 0,01% a 0,10%.”

No ar, na terra

Diferentes tipos de indústria se beneficiam com a aplicação do metal

1. Dutos de óleo e gás

Por serem resistentes à corrosão e a altíssimas pressões, ligas de nióbio são aplicadas na fabricação de tubulações que transportam grande volume de hidrocarbonetos para abastecer distribuidoras de combustíveis.

2. Turbina de avião

O ponto de fusão do nióbio é altíssimo: 2.468 °C. O que isso significa? Membro da família dos metais refratários, ele resiste a altíssimas temperaturas. Por isso, ligas de nióbio são usadas no processo de fabricação de turbinas de avião.

3. Carros

A indústria automotiva aposta no investimento em componentes de nióbio para a fabricação de chassis e rodas de alumínio ou de aço para a produção de veículos mais leves (e econômicos).

A fórmula do sucesso

EM 2018, a CBMM foi a principal patrocinadora de duas etapas da Fórmula-E, categoria de automobilismo que utiliza carros com motores elétricos e é conhecida como a “Fórmula 1 Sustentável”. O motivo da parceria? Pesquisadores da indústria automotiva afirmam que o nióbio terá papel importante na produção de carros elétricos: em testes realizados, baterias feitas com óxido de nióbio se mostraram mais seguras, duráveis e com tempo de recarga mais rápido. “A CBMM não exporta minério bruto. É a única do mundo que fabrica todos os produtos de nióbio. O desafio é desenvolver tecnologias de aplicação para fomentar o mercado desses produtos”, explica o CEO, Eduardo Ribeiro.

Apesar de manter o olho no futuro, a companhia pretende expandir as vendas para a indústria siderúrgica — atualmente, apenas 12% do aço produzido no mundo leva nióbio. Dona do maior parque siderúrgico do planeta, a China fabrica somente 6% de seu aço com ligas de nióbio. “Quanto mais resistente é o aço produzido, de menos matéria-prima você vai precisar para construir o que quer que seja: carro, ponte ou edifício.”

1. Tão precioso quanto o ouro?

Nem chega perto. “O custo de 1 kg de ouro é 1.000 vezes maior que o custo de 1 kg de nióbio existente na liga ferronióbio”, calcula o engenheiro de materiais Carlos Ângelo Nunes.

2. Salvará o Brasil?

Também não. “Nenhuma superpotência foi erguida com a exploração de um único item. Diversificação do quadro produtivo é a chave para o sucesso”, diz o engenheiro Hugo Sandim.

3. A extração ameaça a amazônia?

É provável. “Caso seja feita, é evidente que haverá impactos”, alerta Nunes a respeito das reservas ainda não exploradas localizadas no Amazonas.

4. Matéria-prima de aeronaves completas?

De jeito nenhum. “O nióbio é apenas um dos componentes usados nas turbinas de foguetes e aviões”, ressalva Eduardo Ribeiro, da CBMM.

5. Pode parar um caminhão?

Depende de fatores como o peso e a velocidade do veículo. “Nióbio puro é muito macio e, em tese, não resistiria. Mas uma superliga, talvez”, especula Hugo Sandim.

Fonte: publicada originalmente na edição nº330, de janeiro de 2019, da GALILEU.

GRAFENO - MATERIAL DO(E) FUTURO..

O grafeno é um material produzido a partir da grafite. Suas incríveis propriedades físicas tornam-no um material com diversas aplicações tecnológicas.

É o material mais fino do mundo. Consiste de uma camada bidimensional de átomos de carbono organizados em estruturas hexagonais, cuja altura é equivalente a de um átomo. Esse material pode ser produzido por meio da extração de camadas superficiais da grafite, um mineral abundante na Terra e um dos mais comuns alótropos do carbono.

As ligações químicas formadas entre os átomos de carbono e a espessura do grafeno tornam esse elemento recordista em algumas propriedades físicas, como resistência mecânica, condutividades térmica e elétrica. Essas características fazem do grafeno um dos mais promissores materiais, podendo ser utilizado nas mais variadas aplicações.

O grafeno é um alótropo cristalino bidimensional do carbono e tem incríveis propriedades físicas.

O grafeno tem incríveis propriedades físicas que o tornam um material com diversas aplicações tecnológicas. Conheça algumas propriedades que tornam esse alótropo tão especial.

Propriedades mecânicas

O grafeno é o material mais resistente já conhecido, sendo capaz de suportar pressões de até 130 gigapascal (130.109 Pa). Tamanha resistência decorre das fortes ligações químicas formadas entre seus átomos de carbono. Materiais largamente utilizados na construção civil, como o aço, suportam apenas um terço dessa pressão.

Outra propriedade interessante do grafeno é seu alto módulo de Young, indicando que, além de resistente, esse material é bastante elástico e, por isso, retorna ao seu tamanho original com relativa facilidade.

As pequenas áreas de cada hexágono de carbono são responsáveis pela alta impermeabilidade do grafeno, que pode ser usado como uma pequena rede capaz de segurar gases que vazam muito facilmente de seus recipientes, como o gás hidrogênio. Além de extremamente resistente, o grafeno é muito leve: sua densidade é de 0,77 g/ m², cerca de mil vezes mais leve que uma folha de papel.

Propriedades elétricas

Os elétrons conseguem propagar-se no grafeno quase livremente sem sofrerem desvios ou colisões. Em virtude da estrutura hexagonal das ligações de carbono, os elétrons deslocam-se no interior dessas finas camadas em velocidades relativísticas, próximas à velocidade da luz.

Em temperatura ambiente, a resistividade elétrica do grafeno é a mais baixa que conhecemos, cerca de 10-6 Ω.m, menor que a resistividade da prata, o melhor condutor metálico conhecido.

Propriedades ópticas

Apesar de ser uma camada de carbonos com altura de um único átomo, o grafeno é visível a olho nu, já que permite a passagem de 97% a 98 % da luz incidente. Esse comportamento óptico surge das propriedades relativísticas dos elétrons no grafeno. Isso implica que, ao amontoarem-se diversas folhas de grafeno, é possível produzir um corpo perfeitamente negro, capaz de absorver quase toda a radiação incidente sobre ele.

Propriedades térmicas

Em virtude das suas propriedades eletrônicas, o grafeno é um excelente condutor térmico. Esse material é capaz de dissipar calor mais rápido que qualquer outro conhecido. Além disso, alguns estudos sugerem que sua temperatura de fusão seja de 4125 K, cerca de 3851° C.

O grafeno estável e bidimensional foi descoberto acidentalmente em 2004 pelos físicos russos André Geim e Konstantin Novoselov. Essa descoberta garantiu aos pesquisadores, em 2010, o prêmio Nobel de Física. A existência desse alótropo do carbono, no entanto, já era conhecida desde 1930.

Qual é o preço do grafeno?

O preço do grafeno ainda é elevado em virtude de seus complexos meios de obtenção. As técnicas mais atuais que permitem a produção de camadas puras e finas desse material funcionam com a deposição de vapor em substratos metálicos, como folhas de cobre.

Atualmente, uma folha de grafeno de 5,08 cm por 2,54 cm, cerca de 12,9 cm², pode custar até 275 dólares: uma média de 21 dólares por centímetro quadrado. No entanto, fatores como impurezas e assimetrias podem reduzir drasticamente esse preço.

Outra forma de obtenção do grafeno é a partir da grafite: com 1 kg de grafite, que custa em torno de 1 dólar, é possível produzir até 150 g de grafeno, cujo valor supera os 15 mil dólares¹.

Onde encontramos o grafeno?

Apesar de ser um alótropo do carbono, como a grafite e o diamante, o grafeno não é encontrado na natureza em sua configuração bidimensional, isto é, contendo apenas um átomo de altura.

Na forma bidimensional, o grafeno tem sua estabilidade química drasticamente reduzida, apesar de adquirir propriedades físicas e químicas que o tornam ótimo condutor de calor e de corrente elétrica e o material mais resistente já conhecido. Dessa forma, na natureza, é privilegiada a ocorrência do grafeno de multicamada, que é bem menos interessante para aplicações tecnológicas.

Qual é a composição do grafeno?

O grafeno é composto por átomos de carbono ligados em estruturas cristalinas hexagonais por meio de ligações sp2. Essas ligações repetem-se ao longo de um plano bidimensional, com somente um átomo de altura.

O que se pode fazer com o grafeno?

O grafeno é um dos materiais mais promissores conhecidos. Suas aplicações tecnológicas são vastas e limitam-se à capacidade de produção desse material em grandes escalas. Dispositivos como telas de LED dobráveis, células fotovoltaicas (painéis solares), telas sensíveis ao toque mais resistentes, transistores mais eficientes, supercapacitores, dissipadores de calor e superbaterias de celular são alguns exemplos de tecnologias possíveis por meio da aplicação do grafeno. Recentemente, um aluno da University State of California, mostrou que, submetendo-se um disco de grafeno a uma carga elétrica durante dois segundos, é possível manter aceso um LED por até 5 minutos.

Grafeno no Brasil

O Brasil encontra-se na corrida tecnológica em busca da obtenção de métodos mais baratos e eficientes para a produção de grafeno. Segundo relatório produzido em 2012 pelo Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), em poucos anos, o mercado do grafeno deverá ser um dos mais rentáveis do mundo, tendo potencial de atingir até 1 trilhão de dólares em 10 anos. Além disso, o Brasil detém as maiores reservas de grafeno do mundo.

Apesar de ter a altura de um átomo, a camada de grafeno é visível a olho nu em virtude de efeitos relativísticos que surgem em sua estrutura.

Fonte: Mundo Educação