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FAPEG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás

UEG e USP desenvolvem pesquisa experimental-computacional para redução de poluentes em ambientes aquáticos

Publicado em 20 janeiro 2021

Por Helenice Ferreira, da Assessoria de Comunicação da Fapeg

Pesticidas e fármacos estão na mira da pesquisa que vai utilizar plataformas baseadas em IA e técnicas experimentais de degradação de micropoluentes. A pesquisa é resultado de chamada pública promovida pela Fapeg em parceria com a Fapesp para fortalecer redes de pesquisas colaborativas

Lançado em setembro de 1962, prestes a completar 60 anos, o livro Primavera Silenciosa, da bióloga norte-americana Rachel Carson ainda é uma memória viva para refletir sobre os atuais problemas ambientais em uma ponte direta com as questões de sustentabilidade daquela época. A obra discorre sobre a extinção de aves e outras espécies provocada pelo uso indiscriminado do pesticida DDT e suas consequências na cadeia alimentar geral.

A primavera continua silenciosa. O mundo continua assolado por inúmeros produtos químicos cuja ação tóxica ou a presença dessas substâncias no ambiente são pouco conhecidos em longo prazo. No contexto atual, os Contaminantes de Interesse Emergente (CIE) ou Micropoluentes de Interesse Emergente como pesticidas, fármacos e outras substâncias são encontrados com frequência em ecossistemas aquáticos e até mesmo em águas de abastecimento. Encontrados geralmente em níveis menores que nanograma por litro ou em compostos que ainda não são conhecidos, a avaliação dos impactos do CIEs tem se tornado um importante desafio para a ciência.

Para compreender e contornar este desafio, pesquisas ganham destaque com a interação entre diferentes áreas das ciências em busca do desenvolvimento de tecnologias capazes de minimizar a emissão e a ação desses compostos em ambientes aquáticos. A otimização de processos químicos que permitam a mitigação de poluentes emergentes utilizando uma abordagem híbrida experimental-computacional foi proposta pelo pesquisador Valter Henrique Carvalho Silva, professor da Universidade Estadual de Goiás (UEG) em conjunto com o pesquisador Antônio Carlos Silva Costa Teixeira, professor da Universidade de São Paulo.

Chamada Fapeg/Fapesp

O projeto de pesquisa foi selecionado na Chamada Pública Colaborativa lançada em setembro do ano passado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás (Fapeg). A chamada tem como objetivo fomentar o desenvolvimento de parcerias científicas e o fortalecimento de redes de pesquisa colaborativa envolvendo os dois estados. A pesquisa deve ser desenvolvida em até dois anos numa parceria entre o grupo de Química Teórica e Estrutural (QTEA) da Universidade Estadual de Goiás (UEG), Modelagem Molecular, sob a coordenação do professor Valter Carvalho-Silva, e o grupo de Pesquisa em Processos Oxidativos Avançados (AdOx) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Técnicas Experimentais de Degradação de Micropoluentes, sob a coordenação do professor Antônio Carlos Teixeira. A pesquisa também conta com a parceria da Universidade Federal do Mato Grosso do Sul (UFMS).

Em Goiás, o projeto também conta com o apoio da Subsecretaria de Tecnologia da Informação da Secretaria de Desenvolvimento e Inovação (Sedi), que tem disponibilizado aos pesquisadores o ambiente computacional para cálculos de alta performance.

O financiamento total será de R$ 234.525,00, com investimentos de R$ 132.400,00 da Fapeg e R$ 102.125,00 da Fapesp. O fomento, segundo o pesquisador, permitirá a melhoria na infraestrutura dos grupos de pesquisa envolvidos, a criação de um ambiente de pesquisa colaborativo com outros centros brasileiros, a disponibilidade de bolsa para o mestrado da UEG em Ciências Moleculares e na geração de material científico e novas tecnologias.

O professor revela que já foram desenvolvidas plataformas computacionais baseadas em inteligência artificial para a predição da eficiência de processos oxidativos na mitigação de micropoluente, além da identificação dos produtos de degradação de alguns pesticidas com estimativa da ecotoxicidade desses compostos em diversos ambientes aquáticos.

Intitulada “Destinação Ambiental de Poluentes Emergentes em Águas Superficiais e Alternativas Sustentáveis de Mitigação: Abordagem Híbrida Experimental-Computacional”, a pesquisa torna-se importante no sentido de avaliar e otimizar os processos de degradação de contaminantes de interesse emergente (CIE) ou micropoluentes como pesticidas, compostos farmacêuticos, e produtos industriais e químicos provenientes de múltiplas atividades humanas tais como uso doméstico, agrícola e industrial.

Pesticidas e fármacos têm sido representantes significativos na contaminação de águas e solos no Estado, uma vez que Goiás é um dos maiores consumidores de pesticidas e um dos maiores produtores de fármacos do Brasil. Em Goiás localiza-se um dos principais polos industriais brasileiros, instalado em Anápolis, com empresas nos setores farmacêuticos, alimentícios, têxteis, adubos e automobilístico – o Distrito Agroindustrial de Anápolis (Daia). Goiás também tem sua economia fortemente baseada na agropecuária e essa liderança impacta diretamente na dependência crescente dos pesticidas. O passivo ambiental também pode ser amplificado pelo descarte indiscriminado de medicamentos em esgoto residencial por pessoas físicas, farmácias, hospitais e unidades de saúde.

Os pesquisadores vão avaliar a persistência ambiental de contaminantes emergentes no Estado de Goiás; determinar mecanismos de degradação em águas superficiais goianas e caracterizar seus produtos; estudar processos sustentáveis para remoção desses poluentes antes do descarte no meio ambiente; e desenvolver novas ferramentas computacionais capazes de predizer o tempo de vida de um poluente emergente em corpos d’água.

Os compostos-alvo a serem analisados serão aqueles com demanda já bem estabelecida nos mercados de Goiás e São Paulo: os pesticidas Ametrina, Diuron, Metomil e Picloram; e os ingredientes farmacêuticos ativos Dipirona sódica, Sertralina, Fluoxetina e Levonorgestrel. As amostras serão obtidas comercialmente ou por colaborações decorridas da execução das atividades. As águas analisadas serão selecionadas em pontos dos rios Doce (Região de Rio Verde/Goiás), Caldas (vizinhanças do Daia/GO), Extrema (vizinhanças do Daia/GO) e Piracanjuba (vizinhanças do DAIA/GO) – parte da bacia hidrográfica do Paranaíba, no centro e sul do Estado de Goiás.

“É difícil prever impactos ambientais à saúde pública decorrentes da ocorrência dos CIE’s em ecossistemas aquáticos, uma vez que as concentrações geralmente encontradas no ambiente são menores do que aquelas capazes de causar efeitos nocivos diretos; entretanto, a permanência destas substâncias no meio ambiente, ainda que em concentrações vestigiais (na ordem de nanograma a picograma por litro), podem promover efeitos negativos cumulativos ao longo da exposição multigeracional em organismos aquáticos, podendo também afetar a saúde do ser humano por contaminação da água potável”, explica o professor.

As equipes

Estão envolvidos no projeto: Grupo de Química Teórica e Estrutural da UEG – Modelagem molecular (responsáveis: Valter Carvalho-Silva, Luciano Ribeiro e Renato Rosseto); Grupo de Pesquisa em Processos Oxidativos Avançados da Escola Politécnica da USP – Técnicas Experimentais de Degradação de Micropoluentes – (responsáveis: Antônio Carlos Teixeira e Bruno Ramos); e o Grupo de Engenharia de Cristais Multicomponentes – Instituto de Física da UFMS (responsável: Paulo de Sousa Carvalho Jr).

O Grupo de Pesquisa em Processos Oxidativos Avançados possui uma experiência e uma infraestrutura robusta para a aplicação nos problemas propostos neste projeto, dominando todas as etapas experimentais pertinentes para a avaliação do processo de degradação de contaminantes emergentes por agentes oxidantes e fotocatalisadores. Já o Grupo QTEA – Divisão de Modelagem de Transformações Físicas e Químicas possui experiência e infraestrutura na simulação de sistemas moleculares a partir de métodos de mecânica quântica e de inteligência artificial, com trabalhos relevantes no estudo de mecanismos e cinética de reações químicas. “Considerando que estas duas frentes de pesquisa, experimental e teórica, podem levar a compreensões detalhadas no estudo de processos de degradação, deve-se considerar a relevância da complementaridade entre os grupos para a mitigação dos custos operacionais de processos envolvidos na destinação ambiental de poluentes emergentes”, entende o professor Valter.

O pesquisador explica que, adicionalmente, um outro efeito sinérgico proporcionado devido à colaboração se deve à vinculação de matrizes inorgânicas (desenvolvido pelo grupo de Goiás) para otimizar o processo de suporte e adsorção para fotocatalisadores (desenvolvido pelo grupo de São Paulo) atuarem em poluentes emergentes. Mediado pelo Dr. Paulo Sousa da UFMS serão aplicadas técnicas modernas de cristalografia de monocristais para caracterização de produtos de degradação no intuito de traçar um perfil da toxidade desses sistemas moleculares no solo.

Professor Valter Henrique Carvalho Silva

Um dos primeiros benefícios ao se estabelecer uma parceria entre um grupo de pesquisa de uma das mais renomadas instituições de pesquisa do país (USP) com nosso grupo de pesquisa vinculado a uma universidade jovem (UEG) é o fomento à cultura de pesquisa de alto impacto em nossa instituição. A parceria vai proporcionar, ainda, a formação de recursos humanos com alta qualidade profissional e a geração de material científico e tecnologias com impacto nas cadeias de pesquisa e produtivas nacionais e internacionais”, conclui o professor Valter.

O pesquisador é vinculado aos cursos de Física e Química Industrial da UEG; faz parte do programa de mestrado em Ciências Moleculares da UEG e do programa de doutorado em Química da UnB. Ministra as disciplinas Química Geral, Físico-Química Experimental, Química Quântica, Escrita Científica de Alto Impacto e Métodos Computacionais de Modelagem Molecular.