Notícia

UNICAMP - Universidade Estadual de Campinas

Em busca de terras raras

Publicado em 15 julho 2019

Por Luiz Sugimoto | Jornal da Unicamp

Pesquisadores mapeiam distribuição de elementos químicos fundamentais para o abastecimento de água potável

Terras raras são elementos químicos que ganharam muita importância durante a revolução tecnológica das últimas décadas, com sua introdução em novos materiais para produzir componentes essenciais de itens diversos como celulares, televisores ou painéis solares. Esses elementos ocorrem naturalmente em rochas, solos e águas, em quantidades variáveis, mas quase sempre da ordem de partes por milhão (rochas e solos) e por trilhão (águas). Devido ao seu uso crescente, os elementos terras raras também têm sido adicionados ao ambiente como resultado de atividades antrópicas (humanas). Em sua tese de doutorado, o geólogo Bruno Cesar Mortatti estudou a distribuição do grupo de terras raras nas sub-bacias dos rios Atibaia e Jaguari, orientado pela professora Jacinta Enzweiler, no Instituto de Geociências (IG).

Segundo Bruno Mortatti, as sub-bacias do Atibaia e do Jaguari estão no contexto maior da bacia do rio Piracicaba e são fundamentais para o abastecimento de água potável para parte da população paulista. “Os rios que alimentam estas sub-bacias são represados e formam os principais reservatórios do sistema Cantareira, que envia aproximadamente 33 metros cúbicos de água por segundo para a Região Metropolitana de São Paulo – dados indicam que 94% desse volume vêm dos rios que são objeto do nosso estudo. Por sua importância para o abastecimento público, quisemos investigar como os elementos terras raras estão distribuídos nos principais tipos de rochas da área e na água dos rios das duas sub-bacias.”

Análise de amostras em laboratório do Instituto de Geociências da Unicamp

O autor da tese acrescenta que quando as rochas se alteram e se formam solos, a maior parte do conteúdo original de terras raras é retida nas próprias rochas. Já nos rios, esses elementos encontram-se no material em suspensão (muitas vezes proveniente de erosão) e só uma fração pequena está efetivamente dissolvida. “Em estudo anterior orientado pela professora Jacinta, realizado na porção mais à jusante do rio Atibaia, incluindo o seu afluente ribeirão Anhumas, descobriu-se a presença de anomalias de gadolínio (um dos terras raras) devidas à inserção antrópica no ambiente. Justamente para entender as assinaturas à jusante, precisávamos estudar a região à montante, de onde elas vinham. Isso incluía os rios Atibainha e Cachoeira, que formam o Atibaia, bem como os demais rios e os reservatórios que fazem parte do sistema Cantareira.”

Contaminantes emergentes

De acordo com Jacinta Enzweiler, os elementos terras raras são assim denominados porque, quando foram descobertos, o seu isolamento e identificação não eram simples e pensava-se também que eram pouco abundantes. No entanto, eles são amplamente disseminados e a quantidade do terra rara mais presente na crosta terrestre, o cério, é aproximadamente a mesma do cobre, elemento com o qual temos mais familiaridade. “Em condições naturais, a transferência dos terras raras das rochas para as águas é diminuta porque a sua solubilidade é muito baixa. Por outro lado, esses elementos podem apresentar comportamentos um pouco diferentes entre si em águas naturais, já que estas com frequência possuem composições (sais dissolvidos e acidez) distintas. Mas, em 1996, um primeiro artigo científico publicado na Alemanha mostrou a presença de anomalias de gadolínio na água de vários rios daquele país, explicadas pelo uso deste elemento como agente para realçar imagens de ressonância magnética.”

A docente do IG afirma que o gadolínio, numa solução convencional, é extremamente tóxico. Para evitar a toxicidade e manter a função de realçar as imagens sem interferir no metabolismo humano, empregam-se quelatos de gadolínio, substâncias nas quais uma mesma molécula forma várias ligações químicas com o elemento, como se este estivesse no centro de uma gaiola. “Aplicado nos pacientes desta forma, o gadolínio é excretado pela urina. Ocorre que no esgoto e nos tratamentos convencionais, os quelatos de gadolínio permanecem no meio líquido e, por isso, são encontrados nas águas dos rios. Depois do primeiro artigo, que tem mais de 20 anos, observaram-se anomalias de gadolínio em lagos, águas subterrâneas, água tratada e inúmeros rios – como os rios deságuam nos oceanos, anomalias foram identificadas também em águas costeiras, como na baía de San Francisco e no Atlântico Norte e Sul, inclusive no Brasil.”

Em que pesem as baixas concentrações, há vários estudos tentando verificar a toxicidade do grupo de terras raras em relação aos organismos presentes nos rios e sedimentos, conforme Bruno Mortatti. “Não se sabe muito a respeito, ainda. Para o humano, em princípio, o gadolínio não é uma ameaça, pois os seus quelatos são estáveis no ambiente por vários meses. Mas os efeitos da sua introdução contínua e crescente nos ecossistemas ainda são insuficientemente conhecidos e estudados.”

Jacinta Enzweiler informa que, além do gadolínio, pesquisadores já encontraram valores anômalos de lantânio e samário em água de rio na Alemanha, o primeiro deles associado à produção de catalisadores empregados no craqueamento do petróleo. “A grande quantidade de aplicações dos elementos terras raras sugere que a sua adição antrópica ao ambiente continuará.”

O autor da pesquisa acrescenta que, por causa desta introdução recente e crescente no ambiente, os elementos terras raras também são considerados contaminantes emergentes. “Se não forem feitos estudos para monitorá-los, vamos sobrepor essa assinatura provocada pelo homem com a assinatura do próprio ambiente natural, sem distinguirmos umas das outras. Estudos como este da tese servem para conhecer as suas distribuições naturais e obter parâmetros para avaliar se houve ou não adição antrópica.”

Segurança hídrica

Esta tese de doutorado também traz subsídios para um projeto temático ainda sob análise da Fapesp: o Centro de Pesquisas Brasileiras em Águas, que envolve a Sanasa (Sociedade de Abastecimento de Água e Saneamento de Campinas) e várias unidades da Unicamp. O responsável pelo projeto é o professor Lauro Kubota, do Instituto de Química (IQ), e dele participam docentes do Instituto de Geociências, entre eles Sueli Yoshinaga Pereira e Ana Elisa Silva de Abreu. São três focos: a segurança hídrica, cabendo ao IG estudos como da quantidade de água e das bacias; qualidade da água, o que exige a atenção do IQ quanto a tratamentos de água e esgoto; e engenharia de distribuição, pela FEC e FEEC. A ideia é que o Centro de Pesquisa em Águas seja um grande projeto piloto para elevar a qualidade da água aos patamares internacionais.

Atualmente, a água potável distribuída pela Sanasa depende do rio Atibaia e, para garantir a demanda hídrica, está em construção o primeiro reservatório, no rio Jaguari. A qualidade da água captada determina o tipo de tratamento necessário e o seu custo. “Vamos trabalhar com duas sub-bacias: do ribeirão Pinheiros (afluente do rio Atibaia) e do ribeirão Cachoeira (parte da área estudada por Bruno Mortatti)”, adianta a professora Sueli Pereira. “São duas bacias de características diferentes, uma bastante urbanizada e outra em área agrícola. O objetivo é avaliar a disponibilidade hídrica nestas bacias, em que se considera a demanda atual numa região conurbada e em constante crescimento.”

A professora Ana Elisa de Abreu, por sua vez, observa que se trata de um projeto grande, com a colaboração de pesquisadores de diversas áreas da Unicamp e que o papel do IG será de oferecer um olhar regional, integrador, em escala de bacia, enquanto outras equipes terão um foco mais específico, como por exemplo, sobre sistemas de tratamento de água e esgoto. “Aqui se dá o link com o trabalho da professora Jacinta e de Bruno Mortatti, que tem o foco em ciência básica. Sem dados como os levantados na tese, sem entendermos como a rocha afeta a composição química da água, não conseguiremos avaliar cenários de longo prazo, como simular a disponibilidade de água daqui a algumas décadas, conforme previsto no projeto. E um esforço especial será incluir a água subterrânea para a conta da disponibilidade.”

Sueli Pereira explica que uma tendência nas grandes universidades do exterior é de trabalhar integradamente o uso e ocupação da terra, clima, mudanças climáticas, água superficial e água subterrânea. “Tudo isso para promover a segurança hídrica que, por sua vez, está muito atrelada à segurança alimentar: para se produzir alimentos é preciso ter água. Possuímos métodos de previsão de disponibilidade de água subterrânea, mas não de forma integrada, já que para isso é preciso desenvolvimento tecnológico, ou seja, de modelos numéricos.”

Segundo a docente, a bacia do ribeirão Pinheiros é de prioridade para a Sanasa, por contribuir para que o rio Atibaia tenha vazão suficiente para abastecer Campinas. “O ribeirão desagua no Atibaia, onde ocorre a captação para a estação de tratamento de água no distrito de Sousas e, de lá, a distribuição da água tratada para a maior parte da população da cidade. A bacia do ribeirão Pinheiros apresenta conflitos de água superficial e subterrânea, com muitas áreas impermeabilizadas e loteamentos. Por isso, é um dos focos do IG no projeto.”