Talento

Construindo um mundo sintético a partir do ar tênue
À medida que o mundo começa a dar pequenos passos para se afastar de sua dependência de combustíveis fósseis, os pesquisadores estão cada vez mais em busca de soluções criativas para fabricar os materiais...
Por Emily Velasco - 14/11/2021

Depois que Karthish Manthiram concluiu seus estudos de pós-doutorado na Caltech em 2016, ele construiu um laboratório no Instituto de Tecnologia de Massachusetts que avança a ciência necessária para reduzir a pegada de carbono dos produtos químicos e materiais que compõem o mundo físico. Seu trabalho aproveita fontes de energia sustentáveis, como eólica e solar, para sintetizar plásticos, fertilizantes e outros materiais feitos pelo homem a partir de nitrogênio, água e dióxido de carbono, oferecendo uma alternativa aos combustíveis fósseis.

Karthish Manthiram - Crédito: Caltech

Ele agora voltou para a Caltech como professor de engenharia química e química.

Por que você decidiu se tornar um engenheiro químico e químico?

O que tornou a química e a engenharia química realmente atraentes para mim como uma disciplina combinada é que ela é capaz de descrever processos em uma ampla gama de escalas. Você pode ir desde fenômenos microscópicos, incluindo a compreensão de como as ligações nas moléculas se formam e se rompem, até fenômenos macroscópicos, como o funcionamento de uma fábrica química em grande escala.

Quando criança, eu era obcecado por eletricidade - achava que era mágico. Eu me sentava no chão do meu quarto de infância juntando todos os componentes que pudesse encontrar - fios, baterias e lâmpadas que havia recuperado. Foi um processo muito empírico - descobrir quais arranjos faziam uma lâmpada brilhar e quais não funcionavam. Esse interesse inicial pela eletricidade deu lugar a um conjunto ainda mais diversificado de interesses em robótica e química quando entrei no ensino médio e na faculdade. Agora, muitos desses interesses se uniram enquanto meu grupo está usando eletricidade para fazer e quebrar ligações químicas, usando nossa perspectiva que abrange química e engenharia química.

Você pode descrever seu trabalho para nós?

Se pedirmos às pessoas que identifiquem onde geram uma pegada de carbono em suas próprias vidas, elas podem apontar para a ação de dirigir seu carro, sabendo que ele funciona com gasolina, ou a ação de ligar um interruptor de luz, sabendo que provavelmente está alimentado por combustíveis fósseis. Frequentemente, eles não percebem que há uma pegada de carbono por trás de praticamente tudo com que interagem. Há uma pegada de carbono atrás da garrafa de plástico que contém o desinfetante para as mãos que uso. Há uma pegada de carbono por trás do laptop sobre o qual estou falando agora. Há uma pegada de carbono por trás das roupas que estou vestindo. É inevitável. Especificamente, esta pegada de carbono é uma emissão de dióxido de carbono ou outro gás de efeito estufa que contribui para o aquecimento global,

Nosso grupo está focado em tentar converter o ar, a água e a eletricidade renovável em produtos químicos úteis, fornecendo um meio de descarbonizar a fabricação de produtos químicos e materiais. Dispositivos modulares e distribuídos movidos a energia solar e eólica podem ser as fábricas de produtos químicos do futuro.

Como a sustentabilidade atua em seu trabalho?

Diversas atividades estão acontecendo na comunidade mais ampla para eletrificar etapas particulares da síntese química. Nosso grupo está especificamente tentando criar um kit de ferramentas sintético que nos permita conduzir as etapas difíceis que estão subexploradas e subdesenvolvidas.

Como exemplo, estamos tentando desenvolver métodos para converter nitrogênio e água em amônia em temperatura ambiente; a amônia [um composto de nitrogênio e hidrogênio] é importante porque é usada como fertilizante. Acontece que é realmente difícil fazer isso porque a ligação no nitrogênio é muito forte e não reativa, mas nosso grupo encontrou uma maneira de fazer isso nas taxas mais altas relatadas em condições ambientais.

Também podemos considerar como isso se relaciona com outros esforços da Caltech. Se alguém está produzindo energia solar a partir do sol, essa energia pode ser armazenada em uma bateria. O grupo de Kim See está trabalhando nisso. Nosso grupo está procurando maneiras de criar materiais usando essa energia. Acho que muitas dessas tecnologias que estão sendo desenvolvidas na Caltech vão se encaixar, e acho isso muito empolgante.

Qual é a coisa mais desafiadora sobre esse tipo de ciência?

A parte mais difícil disso é aprender como facilitar a dança em nível molecular que ocorre entre as moléculas na superfície de um catalisador. A função de um catalisador é quebrar ligações específicas e formar ligações específicas. Estamos trabalhando para projetar catalisadores que aproveitem os campos elétricos para impulsionar a quebra de ligações e as etapas de formação necessárias para a síntese química sustentável.

Como é um dia normal em seu laboratório?

Muitos filmes mostram um cientista trabalhando sozinho em um porão e tendo uma ideia por conta própria; Acontece que a ciência é feita de uma forma muito colaborativa e social. Uma das coisas que realmente valorizamos em nosso grupo é que avançamos a ciência necessária para muitas de nossas descobertas por meio do diálogo socrático, que é a descoberta guiada por perguntas. É uma das minhas partes favoritas do meu dia: passar um tempo com meus alunos esboçando ideias e dados em um quadro branco e fazer perguntas que lhes permitam ter um "Aha!" momento.

Também há muitos fracassos na ciência em um determinado dia. Muitas das coisas que tentamos não funcionam porque são muito desafiadoras, mas são intercaladas por esses momentos em que a criatividade e a perseverança dos membros da nossa equipe resultam em uma descoberta importante e capacitadora.

Como você gosta de passar seu tempo livre?
Adoro correr e fazer longas caminhadas desde criança e é uma das minhas formas favoritas de passar o tempo com amigos e família. Também sempre gostei de capturar as pessoas e o mundo ao meu redor por meio da fotografia e da videografia; recentemente, comecei a tirar mais retratos. Há uma certa emoção em descobrir como moldar o cenário atual e manipular a iluminação para torná-lo uma tela esteticamente agradável para um retrato.

 

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