Quem entra no laboratório do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN), no campus do Instituto Superior Técnico (IST), em Lisboa, dificilmente imagina que ali se guarda o segredo para uma das tecnologias militares mais cobiçadas da atualidade. No centro da sala, destaca-se um reator de micro-ondas construído em metal e vidro, uma coluna pouco mais alta que uma pessoa. É desta máquina que sai um pó escuro e ultrafino: o grafeno mais puro do mundo, capaz de revolucionar a segurança aérea, a soberania de Defesa europeia – mas também a forma como, um dia, armazenaremos hidrogénio ou despoluiremos o oceano.O grande trunfo desta tecnologia reside na física da absorção. “Na blindagem eletromagnética, uma chapa metálica faz [o serviço], mas por reflexão”, explica ao DN Bruno Soares Gonçalves, cofundador da spin-off GTechPlasma e presidente do IPFN. “Se eu tiver aqui uma chapa de metal, a radiação não entra, mas é refletida para fora. E a que está lá dentro não sai, é refletida para dentro.”.Recentemente, neste âmbito da Defesa, Bruno Soares Gonçalves e Elena Tatarova viram aprovado, em Portugal, um projeto exploratório pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia em parceria direta com a Força Aérea Portuguesa, com o objetivo de testar a aplicação prática deste grafeno num drone militar real.. Já o grafeno desenvolvido em Lisboa funciona ao contrário: em vez de refletir, ele “engole” as ondas de radar. “Ao termos um material que absorve radiação, [ela] chega lá e não é refletida. Por exemplo, no caso dos aviões, pode torná-los invisíveis ao radar”, explica o cientista.Os nanocompósitos híbridos de grafeno criam assim uma espécie de “capa de invisibilidade” eletromagnética que absorve uma gama de 60% a 90% da radiação, dependo da frequência, impedindo que os radares e outros sistemas eletromagnéticos de deteção inimigos sejam capazes de “ver” a aeronave.Mas para aqui chegar foi preciso financiamento, claro. O que há anos vem sendo desenvolvido pela equipa do IPFN mereceu a atenção tanto da União Europeia (UE), como da NATO. Com o Projeto Pegasus, financiado pelo Horizonte 2020, foi possível construir e testar a máquina-protótipo – que daria origem àquela que agora ocupa orgulhosamente o centro do laboratório – e submeter as primeiras patentes. Na altura, o foco era o fabrico de grafeno puro através de plasma, de forma barata e ecológica. . Depois, e até ao momento – fruto do contexto geopolítico –, a equipa dedicou-se (já com financiamento da NATO) ao Projeto AEGIS – sigla inglesa para Escudos Eletromagnéticos Avançados Baseados em Grafeno através de Síntese Induzida por Plasma –, cuja feliz designação faz a analogia direta com o Égide (Aegis, em inglês), o indestrutível escudo de Zeus e Atena. Só que, em vez de bronze ou ouro mitológicos, este AEGIS moderno utiliza nanocompósitos de grafeno como uma “capa de invisibilidade” para proteger aeronaves, satélites, drones e infraestruturas militares críticas da deteção ou ataques eletrónicos.Recentemente, neste âmbito da Defesa, Bruno Soares Gonçalves e Elena Tatarova viram aprovado, em Portugal, um projeto exploratório pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) em parceria direta com as Forças Armadas, especificamente com a Força Aérea Portuguesa. O objetivo é então testar a aplicação prática deste grafeno num drone militar real. Os ensaios da Força Aérea vão decorrer em Alverca, nas novas câmaras anecóicas (salas gigantescas blindadas e desenhadas para anular qualquer eco de ondas eletromagnéticas) que estão a ser construídas no depósito da FA.Entretanto, para avançar com os testes também pelo seu lado, o laboratório já forneceu 260 gramas deste material inovador a um fabricante nacional de aeronaves não-tripuladas.Muito além dos hangares de Alverca, a dupla de cientistas guarda também em carteira um vasto ecossistema de projetos ecológicos e industriais – descritos mais abaixo – que complementam esta vertente militar.Como domar o fogo a 4000ºC: a física do caféRecuemos ainda mais no tempo. A história desta descoberta científica remonta a 2013, quando o grafeno de alta qualidade “apareceu” quase por intuição. Elena Tatarova, cientista de topo e especialista em Física de Plasmas, recorda que estava a trabalhar numa investigação sobre gases moleculares e degradação de biomassa “quando apareceu o Prémio Nobel [de 2010] e muita media começou a falar sobre grafeno”.“Nós tínhamos [em curso] experiências com o cracking de hidrocarbonetos e vimos que ficávamos com este depósito preto no reator de plasma”, recorda a cientista. “E começámos a pensar: ‘Isto pode ser grafeno!’”. A partir daí, a equipa do IPFN desenhou um processo único de produção contínua num único passo, que não necessita dos complexos e poluentes processos químicos de múltiplas etapas usados pela concorrência mundial.O reator de micro-ondas funciona num ambiente de árgon, no qual são injetados precursores ricos em carbono, como o álcool. “O que o plasma faz é fragmentar completamente a molécula de álcool nos átomos que a constituem e depois, dentro do reator, controla-se o processo em que os átomos de carbono se voltam a juntar sob a forma de grafeno”, descreve Bruno Soares Gonçalves.É uma verdadeira coreografia atómica que ocorre a temperaturas extremas, “a cerca de 4000°C aproximadamente. É mais fácil!”, diz o cientista, para evitar complicar com a escala Kelvin. Enquanto isso, Elena Tatarova detalha o verdadeiro desafio científico: “Forçar a junção dos átomos que fazem esta construção não é assim ao calhas. É preciso uma estrutura cristalina.”. Para explicar melhor a sofisticação da automação deste processo, Soares Gonçalves recorre a uma metáfora: “No futuro, a nossa máquina será uma espécie de máquina de café. Escolhemos expresso, macchiato, cappuccino… e sai o nosso grafeno – grafeno, N-grafeno (que é o grafeno dopado com o azoto), grafeno dopado com outros materiais... é uma receita. O truque é qual a receita e as condições ideais.”O resultado desse controlo à nanoescala é um material que parece um pó, mas na realidade se “desdobra” numa área de superfície colossal. “Como isto são folhas individuais”, explica o cientista com um pequeno frasco de pó preto, “se eu pegasse nestas duas gramas que tenho aqui na mão e as estendesse no chão, nós tínhamos mais de 400 metros quadrados de folha de grafeno no chão”, garante Bruno Soares Gonçalves. No fundo, uma espécie de neve negra capaz de cobrir enormes áreas com uma película quase sem espessura mas capaz, por exemplo, de absorver radiação eletromagnética.Um ano que se transformou em três décadasEste pioneirismo tecnológico é indissociável da história pessoal de Elena Tatarova. A investigadora búlgara chegou ao Instituto Superior Técnico no final dos anos 90, vinda de uma colaboração em universidades alemãs como Stuttgart e Bochum, após cruzar-se numa conferência com o físico Carlos Matos Ferreira, um dos pilares do IPFN. “Eu cheguei só para um ano a Portugal, com uma bolsa da NATO”, conta a física entre risos, “e acabei por ficar 30”.Quis o destino que a sua investigação com grafeno viesse a ganhar, anos mais tarde, o 2.º prémio do prestigiado Concurso de Fotografia de Projetos Científicos da própria NATO. O sucesso da tecnologia portuguesa despertou a cobiça de gigantes internacionais, incluindo a maior referência tecnológica do mundo. “Colegas do MIT, por exemplo, pediram-me para transferir esta tecnologia para lá, mas não aceitei. Eles tentaram copiar, mas não conseguiram”, revela a cientista, com um orgulho indisfarçável.. O segredo industrial que protege a “receita” do Técnico, já patenteada, reside na convergência única de valências do IPFN. Poucas instituições científicas mundiais reúnem, sob o mesmo teto, físicos de fusão nuclear, especialistas em plasmas frios e quentes, engenheiros de micro-ondas e cientistas de materiais. “Foi esta convergência de competências que também ajudou a que isto pudesse nascer aqui”, aponta Bruno Soares Gonçalves.O salto definitivo deu-se com o financiamento europeu de quatro milhões de euros do projeto Pegasus (através do European Innovation Council), que permitiu ao laboratório criar uma nova máquina e aumentar a produção 400 vezes.Do Alentejo profundo para a nanoescalaDepois de domada a física no laboratório, a ciência portuguesa prepara-se agora para o derradeiro teste de mercado: a escala industrial. O laboratório do IST, que produzia inicialmente modestos 0,1 miligramas por minuto, consegue hoje extrair 40 miligramas de grafeno nesse mesmo tempo. É aqui que entra a GTechPlasma – empresa tornada possível graças ao investimento pre-seed da PortugalVentures – e o seu parceiro industrial, a Plasmaphene.Aprovada pelo programa europeu Compete 2030, a Plasmaphene está a preparar um forte investimento de 7,5 milhões de euros para construir uma fábrica em Vila Viçosa, no Alentejo. A unidade fabril contará com 30 reatores de micro-ondas a funcionar em paralelo, garantindo redundância e a capacidade de produzir “receitas” diferentes em simultâneo.. Fazendo as contas à escala industrial, cada máquina produzirá cerca de 50gr de material por cada 24 horas de operação contínua. Multiplicando pelas 30 máquinas instaladas, a fábrica alentejana terá capacidade para colocar no mercado 1,5kg de grafeno por dia. “Mas de grafeno puro, de altíssima qualidade. Não há igual em nenhuma daquelas marcas que se vendem por aí no mercado”, assegura Elena Tatarova.O percurso desta tecnologia deixa clara a distância imensa que separa o tempo da ciência do tempo do mercado. O percurso da GTechPlasma é um bom exemplo do que se designa por deep tech: inovação tecnológica profunda que exige anos de paciência, maturação e investimento contínuo antes de gerar o primeiro cêntimo de retorno.Nesse aspeto, Bruno Soares Gonçalves não esconde o seu descontentamento com o conservadorismo e a falta de cultura de risco do tecido empresarial português quando confrontado com a ciência de fronteira: “Há empresas que percebem que temos aqui uma tecnologia com futuro, e há empresas que querem que já tenhamos o produto pronto para fornecer e entregar”, desabafa.Afinal, até agora, do lado empresarial, “ninguém pôs dinheiro, ninguém fez nada”. Quando houver aplicação industrial, “o produto chega lá pronto”, como se tivesse nascido do ar. Mas é só uma ilusão. A ciência, o conhecimento e o trabalho por trás de uma tecnologia como esta obriga a muito investimento – humano e financeiro. Só assim é possível dar a ideia de que milagres parecem acontecer. . O Grafeno na vida civilO grande objetivo de longo prazo da GTechPlasma é a chamada “dupla utilização” para o grafeno: militar e civil. E a equipa tem já idealizado ou em andamento outros projetos. ‘Pilha de hidrogénio’É o projeto-paixão do prof. Soares Gonçalves para a mobilidade verde - usar flocos de grafeno para, graças à sua gigantesca superfície ativa, manter o hidrogénio sólido absorvido no material à temperatura ambiente, numa botija leve. Com um aquecimento mínimo, o gás é libertado, fazendo mover o automóvel.Combate às alterações climáticasCombinando grafeno com óxido de titânio, a equipa do Técnico já testou e comprovou o uso desta substância como catalisador ativo. Usando a luz do dia, o composto captura e converte o CO2 gasoso da atmosfera em metano limpo.Despoluição e extração de minerais críticosO laboratório está a desenhar membranas ultrafinas de grafeno que funcionam como filtros ecológicos à escala atómica. Estas conseguem extrair urânio de aquíferos contaminados em zonas mineiras e da água do mar ou recuperar terras raras a partir de águas e efluentes industriais e outras fontes.ComunicaçõesA blindagem por absorção do grafeno é vital para limpar o ruído eletromagnético em frequências muito elevadas, garantindo a segurança das futuras redes móveis 5G e 6G.Condução assistidaA mesma blindagem é crucial para os sistemas avançados de assistência à condução (ADAS) dos carros inteligentes, em que o silêncio eletromagnético evita os ‘alvos-fantasma’.Varões de fortificaçãoO grafeno de alta pureza pode ser introduzido na estrutura molecular de varas compósitas (como as de fibra de vidro), substituindo os tradicionais varões de ferro sujeitos à corrosão dentro do betão armado, na construção civil.