Um novo tipo de vidro 10 vezes mais ecológico e resistente a danos

Globalmente, a fabricação de vidro resulta no mínimo 86 milhões de toneladas de dióxido de carbono anualmente. No entanto, um novo tipo de vidro chamado LionGlass, desenvolvido por pesquisadores da Penn State, oferece o potencial de reduzir essa emissão de carbono em 50%. Esse vidro inovador não apenas requer muito menos energia para ser produzido, mas também tem maior resistência a danos do que o vidro tradicional de silicato de cal sodada. Os cientistas por trás dessa inovação registraram recentemente um pedido de patente, marcando o passo inicial para levar a LionGlass ao mercado.

“Nosso objetivo é tornar a fabricação de vidro sustentável a longo prazo”, disse John Mauro, professor Dorothy Butt Enright de ciência e engenharia de materiais na Penn State e principal investigador do projeto. “LionGlass reduz o uso de materiais de lote contendo carbono e reduz consideravelmente a temperatura de fusão do vidro.”

O vidro de silicato de cal sodada, o vidro comum usado em itens do dia a dia, de janelas a louças de vidro, é feito pela fusão de três materiais básicos: areia de quartzo, carbonato de sódio e calcário. O carbonato de sódio é carbonato de sódio e o calcário é carbonato de cálcio, e ambos liberam dióxido de carbono (CO2), um gás de efeito estufa que retém o calor, à medida que derretem.

“Durante o processo de fusão do vidro, os carbonatos se decompõem em óxidos e produzem dióxido de carbono, que é liberado na atmosfera”, disse Mauro.

Mas a maior parte das emissões de dióxido de carbono vem da energia necessária para aquecer os fornos às altas temperaturas necessárias para derreter o vidro. Com LionGlass, as temperaturas de fusão caem cerca de 300 a 400 graus CelsiusMauro explica que isso leva a uma redução no consumo de energia de aproximadamente 30% em relação a um vidro tradicional de cal sodada.

O LionGlass não só é mais ecológico, como também é mais forte do que o vidro tradicional. Os pesquisadores disseram que ficaram surpresos ao descobrir que o novo vidro, batizado em homenagem ao mascote Nittany Lion da Pensilvânia, tinha maior resistência a rachaduras do que o vidro convencional.

Certos acessórios de painel de vidro têm uma resistência tão forte a rachaduras que o vidro não racha, mesmo sob uma carga de força de um quilograma de tubo de diamante Vickers. O LionGlass é pelo menos dez vezes mais resistente a rachaduras do que o vidro de cal sodada padrão, que forma rachaduras sob uma carga de cerca de 0,1 quilograma de força. Os pesquisadores explicaram que os limites do LionGlass ainda não foram encontrados, pois ele atingiu a carga máxima que o equipamento de indentação permitiria.

“Continuamos aumentando o peso no LionGlass até atingir a carga máxima que o equipamento permitia”, disse Nick Clark, pós-doutorando no laboratório de Mauro. “Simplesmente não vai quebrar.”

Mauro explicou que a resistência a rachaduras é uma das qualidades mais importantes a serem testadas no vidro, porque é assim que o material acaba falhando. Com o tempo, o vidro desenvolve pequenas rachaduras ao longo da superfície, que se tornam pontos fracos. Quando um pedaço de vidro quebra, é devido às fragilidades causadas pelas microfissuras que estão presentes. Ele acrescentou que o vidro que é resistente à formação de microfissuras em primeiro lugar é de particular valor.

“A resistência a danos é uma propriedade particularmente importante do vidro”, disse Mauro. “Pense em todas as maneiras pelas quais confiamos na força do vidro, nas indústrias automotiva e eletrônica, na arquitetura e na tecnologia de comunicação, como cabos de fibra óptica. Mesmo na área da saúde, as vacinas são armazenadas em recipientes de vidro fortes e quimicamente resistentes.”

Mauro espera que a força aprimorada do LionGlass signifique que os produtos criados a partir dele possam ser ainda mais leves. Como o LionGlass é dez vezes mais resistente a danos do que o vidro atual, ele pode ser significativamente mais fino.

“Temos que conseguir reduzir a espessura e ter o mesmo nível de resistência a danos”, disse Mauro. “Se tivermos um produto mais leve, é melhor para o meio ambiente, porque usamos menos matéria-prima e precisamos de menos energia para produzi-lo. Mesmo a jusante, para transporte, reduz a energia necessária para movimentar o vidro, então é uma vantagem situação de vitória.”

Mauro observa que a equipe de pesquisa ainda está avaliando o potencial da LionGlass. Eles registraram um pedido de patente para toda a família do vidro, o que significa que existem muitas composições dentro da família LionGlass, cada uma com suas próprias características distintas e possíveis aplicações. Eles agora estão expondo diferentes formulações de LionGlass a uma variedade de ambientes químicos para estudar como eles interagem. As descobertas ajudarão a equipe a entender melhor como o LionGlass é usado em todo o mundo.

“Os humanos aprenderam a fazer vidro há mais de 5.000 anos e, desde então, tornou-se imperativo trazer a civilização moderna para o que é hoje”, disse Mauro. “Agora, estamos em um momento em que precisamos ajudar a moldar o futuro, pois enfrentamos desafios globais, como questões ambientais, energia renovável, eficiência energética, saúde e desenvolvimento urbano. O vidro pode desempenhar um papel vital na solução desses problemas, e estamos prontos para contribuir.”