A bioluminescência é o fenômeno de produção de luz por seres vivos, resultante de reações químicas. O exemplo mais conhecido é, certamente, a luz emitida pelos vaga-lumes. Mas a bioluminescência ocorre em muitos outros organismos, tais como algas, moluscos, peixes e crustáceos.

Uma starup francesa, a Glowee, está propondo a utilização de bactérias bioluminescentes como fonte de iluminação noturna. A vantagem seria o consumo nulo de energia elétrica e a não geração de poluição luminosa, segundo a visão do grupo de jovens empreendedores. A ideia da tecnologia proposta pela Glowee nasceu em um concurso universitário e seu desenvolvimento inicial foi possível graças a uma ação de financiamento coletivo.

A Glowee cultiva as bactérias bioluminescentes Aliivibrio fischeri, extraídas de lulas, em um suporte transparente que pode ser criado em qualquer formato. No interior do suporte é inserido um gel com nutrientes para a manutenção da vida daquelas bactérias. A iluminação só é percebida durante a noite (ou no escuro, claro), com o suporte permanecendo transparente durante o dia. É o que ilustra a figura abaixo.



O maior problema da nova tecnologia, do ponto de vista de sua viabilidade comercial, é o tempo de vida. O primeiro produto oferecido pela companhia é uma fonte de luz que dura três dias. Pesquisas estão sendo realizadas para aumentar a duração da fonte de luz. Até 2017, a expectativa é que a o produto forneça luz ao menos por um mês, o que o tornaria competitivo para a iluminação de vitrines nas lojas de rua, por exemplo. As bactérias estariam sendo geneticamente modificadas para aumentar o seu brilho e a sobrevivência em caso de maiores variações de temperatura.

Um dos incentivos para investir nesta nova tecnologia de iluminação é a legislação em vigor desde 2013 na França, que limita o uso da luz artificial durante a noite, exigindo que vitrines e prédios comerciais de maneira geral desliguem suas luzes externas a partir da 1:00 h da madrugada para economizar energia elétrica e diminuir a poluição luminosa. O produto da Glowee seria uma maneira de burlar a lei. Mas, por qual razão, se a legislação francesa estabelece o óbvio: luzes desligadas quando e onde não há circulação de pessoas?



A nova tecnologia serviria como opção sustentável para manter as cidades seguras e sustentáveis ou só seria uma maneira para continuar utilizando a luz inutilmente? Mesmo sem gastar energia elétrica, a fonte de luz continuaria impactando no ciclo circadiano humano, dos insetos, das aves, das plantas... Para manipular qualquer forma de vida e condicioná-la a viver fora daquele que seria o seu ciclo natural, tal como esta sendo feito com as bactérias bioluminescentes, é preciso uma necessidade real. Não deveria bastar o capricho humano... Os próximos anos saberemos se há, de fato, um nicho de mercado para esta nova forma de iluminar.

A utilização de sensores de presença para acionamento de luzes, o investimento em desenvolver matrizes energéticas variadas e sustentáveis, a utilização de filtros em lâmpadas LED, ou a criação destas lâmpadas simulando o rendimento de cor das lâmpadas de vapor de sódio: estes parecem ser caminhos mais razoáveis para criar um sistema de iluminação racionalizado, que minimize a poluição luminosa e os impactos da luz artificial no meio ambiente.

Assista abaixo aos vídeos de apresentação da Glowee (o primeiro em inglês; o segundo em francês, com legendas em inglês).

O Globe at Night é um projeto de ciência cidadã que conta com a contribuição da população para estimar os impactos da iluminação artificial em todo o planeta. Para cada época do ano e cada Hemisfério (Sul ou Norte), uma constelação de fácil identificação é escolhida como referência. É muito simples participar: basta contar quantas estrelas você consegue observar naquela dada área do céu e registrar suas observações no formulário próprio. São oferecidas instruções em 28 idiomas, inclusive em português. Explicações detalhadas de como executar as observações e preencher o formulário podem ser encontradas neste post.

As duas primeiras campanhas de 2016 foram realizadas entre 1 e 10 de janeiro e fevereiro. O fato é que em boa parte do Brasil, devido às chuvas de verão, é mesmo difícil termos noites de céu aberto especialmente entre novembro e fevereiro... Com o início do tempo seco, teremos mais oportunidades de participar! Vamos às datas e constelações das próximas observações para a campanha 2016:

• Cruzeiro do Sul - 1o a 10 de março; 30 de março a 8 de abril; 29 de abril a 8 de maio; 29 de maio a 7 de junho;
• Escorpião - 27 de junho a 6 de julho;
• Sagitário - 28 de julho a 6 de agosto; 25 de agosto a 2 de setembro;
• Grou - 21 a 31 de outubro; 20 a 30 de novembro;
• Órion - 20 a 30 de dezembro.

Lembrando que as observações devem ser feitas sempre entre 20 e 22:00 h!

Esta mobilização mundial para acompanhamento a longo prazo das alterações no meio ambiente causadas pela poluição luminosa é essencial. Particularmente neste momento crítico, em que muitas cidades estão adotando a iluminação LED que, apesar de extremamente econômica do ponto de vista do consumo energético e manutenção, possui um rendimento de cor que pode trazer severas consequências negativas para a vida no planeta.

As medidas realizadas através dos aplicativos para celular Dark Sky Meter (iOS) e Loss of the Night (Android e iOS) também são incluídas na base de dados do Globe at Night. Aproveite e use o seu celular para ajudar a monitorar a poluição luminosa em todo o planeta!

Você pode acompanhar a evolução das observações através do mapa interativo, disponível neste link.

É muito raro encontrar boas matérias em português sobre poluição luminosa. O vídeo abaixo é uma importante exceção e foi produzido pela agência alemã Deutsche Welle (DW), para a sua programação voltada ao público brasileiro.

A reportagem, de Maurício Cancilieri e Ceci Leal, é bastante completa: explica o que é poluição luminosa, seus impactos, mostra soluções de iluminação e pesquisas para evitar aumentar o problema. E tudo isso em menos de cinco minutos! Não deixe de ver!

O projeto europeu "Inspiring Science Education" (ISE), com sede em Luxemburgo, se propõe a oferecer recursos digitais e oportunidades para professores tornarem o aprendizado de ciências mais atrativo e relevante para os seus alunos. Recentemente, o ISE disponibilizou uma ferramenta online para a simulação de cenários de iluminação artificial externa, com o objetivo de possibilitar a avaliação da geração de poluição luminosa e a adequação de cada configuração em relação à segurança para a circulação de pessoas.

A página oferece textos explicativos sobre poluição luminosa e instruções detalhadas para utilizar o simulador (em inglês, mas o Google Tradutor pode ajudar). De qualquer modo, vamos fazer uma rápida introdução ao uso da ferramenta e discutir alguns dos seus resultados.

A página possui uma série de abas que podem ser abertas pelo usuário. As duas primeiras são de apresentação, e a simulação propriamente dita é configurada em "Set the experiment options" (Configure as opções do experimento). São então oferecidos quatro parâmetros: 

• A quantidade de postes de luz (light poles), variando entre três e nove;
• A altura dos postes - quatro ou sete metros;
• O tipo de lâmpada - vapor de sódio de alta pressão (HSP) ou LED;
• A potência das lâmpadas - 50 ou 80 W;
• O tipo de luminária - globo (globe, non cut-off), tipo semi-limitada (semi cut-off shield type), tipo totalmente limitada (full cut-off shield type).

Painel para configurar os parâmetros da simulação, na aba "Set the experiment options"). O usuário pode escolher o número de postes e sua altura, o tipo de lâmpada, a potência e o tipo de luminária. Em seguida, basta abrir a aba "Run the experiment" e clicar em "Start the experiment".

 
Em seguida, é necessário abrir a aba "Run the experiment" (Execute o experimento) e clicar em "Start the experiment" (Comece o experimento). Em alguns segundos, uma tela surgirá ao lado da configuração com uma animação mostrando os resultados da simulação.

O ambiente a ser iluminado é o estacionamento de um supermercado, na frente do qual existem casas e, nos arredores, prédios. A animação permite que "circulemos" pela área, de modo observar a qualidade da iluminação gerada através dos parâmetros escolhidos pelo usuário. Alguns exemplos são mostrados a seguir.

O primeiro é a simulação da pior situação possível: nove luminárias tipo globo, em postes de 7 metros de altura e com as lâmpadas de maior potência (80 W). O resultado, ilustrado pela figura abaixo, é uma iluminação ofuscante, onde 30% da luz é emitida na direção do céu.

Captura de tela da simulação considerando a pior situação possível: nove postes com sete metros de altura, luminárias tipo globo com lâmpadas de 80 W, de vapor de sódio de alta pressão

Uma escolha mais racional para uma grande cidade, distante de áreas de proteção ambiental, é a representada pela captura de tela abaixo: nove postes de 4 metros de altura, lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão de 50 W em luminárias com corte total. Nestas condições, a estimativa é que 4.25% da luz emitida estaria sendo na direção do céu. Cenário consideravelmente melhor do que no caso dos globos, embora o ideal seja reduzir esta componente a zero...

Captura de tela mostrando a simulação com escolhas racionais: nove postes de 4 metros de altura, luminárias totalmente limitadas (full cut-off).

Um problema é o fato de que não é reproduzido o rendimento de cor de cada lâmpada. O vapor de sódio produz uma luz alaranjada, o que significa que ele emite em um intervalo mais restrito de energia, privilegiando os comprimentos de onda onde o olho humano é mais eficiente. O LED possui uma luz extremamente branca, com alto rendimento de cor (desnecessário para a nossa circulação noturna) e especialmente nociva para o meio ambiente. Nas simulações, as lâmpadas emitem sempre luz branca, embora o brilho do céu (resultado da luz indevidamente direcionada para cima) seja sempre alaranjado.

Tendo em vista esta limitação da ferramenta, nas imagens abaixo podemos ver como seria a iluminação na frente de uma residências, com os dois conjuntos de parâmetros já descritos.

Captura de tela mostrando a iluminação na frente de uma casa. Em cima, a luminária tipo globo com lâmpada de 80 W e, abaixo, a luminária totalmente limitada e lâmpadas de 50 W. Note o halo de luz em torno do globo, denunciando o desperdício e a geração de poluição luminosa. No segundo caso a luz é focalizada para o chão, criando um ambiente mais agradável e seguro para a circulação, além de menos poluente.

Um outro problema da ferramenta é a poluição luminosa chamada de "luz intrusa", que é aquela iluminação planejada para um ambiente e que invade outro. É o caso da iluminação interna do supermercado, das casas e dos prédios, que dificulta a análise da qualidade dos diferentes conjuntos de parâmetros para a iluminação externa.


A ferramenta também permite simular o impacto na observação do céu e, em particular, na direção da constelação de Ursa Maior, facilmente visível no Hemisfério Norte. Basta ir na aba "Run the experiment" e clicar em "Ursa Maior". Serão oferecidas duas opções: "Ursa Maior - no light pollution" (Ursa Maior - sem poluição luminosa) e "Ursa Maior - current light pollution" (situação atual de poluição luminosa, considerando os parâmetros de entrada para a simulação).

Simulação da observação do céu na direção da constelação de Ursa Maior, sem poluição luminosa.

Simulação da observação do céu na direção da constelação de Ursa Maior com os parâmetros do primeiro cenário, utilizando luminárias tipo globo. Note o tom alaranjado, típico de luminárias de vapor de sódio em luminárias ruins ou incorretamente instaladas.

Simulação da observação do céu na direção da constelação de Ursa Maior com os parâmetros da segunda simulação, escolhidos de modo mais racional.

É um recurso didático interessante, desde que sejam levados em conta as suas limitações em reproduzir o rendimento de cor das lâmpadas e a impossibilidade de ligar/desligar a luz intrusa. Quer experimentar? As simulações podem ser feitas no endereço deste link.

A indicação desta ferramenta foi feita pelo projeto Globe at Night, através de seu boletim mensal.

No dia 7 de outubro deste ano aconteceu o anúncio dos ganhadores do prêmio Nobel de Física 2014. Os Drs. Isamu Akasaki (Meijo University, Japão), Hiroshi Amano (Nagoya University, Japão) e Shuji Nakamura (UC - Santa Barbara, EUA) foram premiados pelo desenvolvimento do LED azul. Isso permitiu, através da combinação com os LEDs vermelhos e verdes já existentes, a produção de luz branca com baixo consumo de energia elétrica.

A tecnologia LED (Light-Emitting Diode ou diodo emissor de luz), aperfeiçoada através das pequisas dos laureados pelo Nobel, é utilizada em vários equipamentos presentes no nosso cotidiano, como nos monitores de smartphones, tablets, computadores e televisores.

Um dos maiores potenciais do LED é realmente na iluminação. A economia de energia para a iluminação pública, quando comparada com aquela baseada em lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão, pode ser maior do que 60% (veja o caso de Los Angeles, EUA, por exemplo). 

As lâmpadas de LED possuem uma vida útil cinco vezes maior dos que as lâmpadas fluorescentes que usamos atualmente nos ambientes domésticos e três vezes mais em relação às lâmpadas utilizadas na iluminação pública (principalmente vapor de sódio de alta pressão). Nas LEDs, 100% da energia é convertida em luz, enquanto nas fluorescentes, apenas 80%. O restante é desperdiçado gerando calor. Como comparação, nas ultrapassadas lâmpadas incandescentes apenas 4% da energia elétrica consumida gera luz e 96% é desperdiçada na forma de calor.

Em relação à poluição luminosa, uma vantagem do LED é o fato de que este tipo de lâmpada é intrinsecamente direcionada.Ou seja, ela ilumina apenas o local para onde está apontada e pode ser mais eficientemente controlada. O acendimento também é instantâneo, ao contrário das lâmpadas usuais que demoram vários minutos até alcançarem sua luminosidade total.

No entanto, o problema em relação à geração da poluição luminosa não é apenas o direcionamento e a quantidade de luz, mas sim os comprimentos de onda do qual ela é composta. E é justamente o fato da luz do LED ser tão branca que faz com que o uso indiscriminado dessa nova tecnologia seja um grande risco ambiental e para a saúde humana, que ainda nem sabemos como estimar.

A luz branca é muito mais atrativa para insetos, por exemplo. Em um artigo publicado este ano, S. Pawson e M. Bader (Scion, Nova Zelândia) demonstraram através de um experimento de campo que o LED atrai 48% mais insetos do que as lâmpadas de sódio de alta pressão, atualmente utilizada na maioria da cidades e responsável pelo tom alaranjado que observamos no céu das densas áreas urbanas durante a noite. Ou seja, com a iluminação LED existe maior risco de comprometer cadeias alimentares que garantem a sobrevivência de diferentes espécies e a disseminação de sementes de plantas diversas.

Outro risco que vem sendo associado à popularização dos LEDs é o aumento indiscriminado dos pontos de iluminação e de sua luminosidade. Conforme o preço das lâmpadas (que ainda é muito alto) começar a diminuir e, levando em consideração o baixo consumo de energia, deve surgir uma tendência a instalar mais pontos do que o necessário. 

Desde o início da disponibilização da luz elétrica, principalmente a partir da segunda metade do século XIX, estamos continuamente prolongando as nossas horas de trabalho e lazer e desejando para isso que a iluminação reproduza o ambiente diurno. Acontece que o corpo humano, assim como muitas outras espécies animais e vegetais, necessita do chamado ciclo claro-escuro (ou circadiano). É importante lembrar que a melatonina, por exemplo, é produzida pelo corpo humano durante o sono e a presença de luz diminui a eficiência do processo. A falta deste hormônio pode desencadear vários problemas para a saúde humana. E como ficam as espécies de animais de hábitos noturnos neste cenário onde nunca  é realmente noite? Estes são apenas alguns exemplos do impacto negativo da luz branca. 

O fato de que os LEDs produzem um feixe de luz direcionado pode fazer com que os fabricantes de luminárias coloquem LEDs inclinados nas extremidades das mesmas, buscando aumentar a área do solo iluminada. Isso faz com que o pedestre seja ofuscado pela forte luz branca ao se aproximar da luminária, podendo causar cegueira momentânea. A recuperação da visão é particularmente mais lenta para pessoas da terceira idade.

Este parece ser o caso da iluminação da Lagoa Rodrigo de Freitas, no Rio de Janeiro. O excesso de luminosidade incomoda e o alto rendimento de cor, proporcionado pelo fato da luz ser branca, é desnecessário para as atividades noturnas da população e muito prejudicial para o meio ambiente, como já discutimos. Ao olhar para as luminárias, a visão é fortemente ofuscada, fazendo com que as pessoas fiquem mais vulneráveis aos acidentes e à criminalidade, por exemplo.

Iluminação LED da Lagoa Rodrigo de Freitas, no Rio de Janeiro. Desnecessariamente branca, forte e ofuscante. Imagem obtida na página da Prefeitura do Rio de Janeiro.

Existem algumas soluções para aproveitar a significante economia gerada pelas lâmpadas LED minimizando os problemas aqui apresentados. A principal delas é utilizar filtros que permitam a passagem apenas da luz útil para a iluminação urbana: aquela que pode ser captada pelos olhos humanos e com rendimento de cor suficiente para que as pessoas circulem com segurança. Isso é o que tem sido feito, por exemplo, em Hilo, no Havaí (EUA), próximo ao Mauna Kea - vulcão com 4200 metros de altitude onde se localizam os principais observatórios astronômicos do Hemisfério Norte. As luminárias baseadas em lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão (muito alaranjadas) estão sendo substituídas por LEDs com filtros que resultam em uma luz de tom esverdeado, aparentemente pouco prejudicial para as pesquisas astronômicas.

Em Flagstaff, no Arizona (EUA), cidade próxima a relevantes locais de observação astronômica e muito valorizada por seus céus escuros, as luminárias baseadas em LED estão sendo modificadas para oferecer um tom alaranjado, semelhante ao que é produzido pelas lâmpadas de sódio de baixa pressão.

Em Hilo, as lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão, de coloração alaranjada (à esquerda) estão sendo substituídas por luminárias LED especialmente modificadas, resultando em uma coloração esverdeada (à direita). Imagem e informação do portal bigislandnow.com.

Em Flagstaff (EUA), a iluminação pública está sendo substituíra por luminárias LED com filtros cuja luz resultante é semelhante à produzida pelas lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão. Imagem e informação do portal azcentral.

O prêmio Nobel concedido aos pesquisadores "pela invenção de LEDs azuis eficientes que possibilitaram criar fontes de luz brancas e energeticamente econômicas" (Nobelprize.org, em livre tradução) é mais do que merecido. No entanto, o uso abusivo da tecnologia oriunda destas pesquisas pode vir a prejudicar de maneira irrecuperável várias formas de vida no planeta. E a observação do céu noturno, claro...


Para saber mais:

• The promise and the peril of LED lighting (blog do projeto de ciência cidadã 'Loss of the Night');
• 2014 Nobel Prize for Physics Draws Attention To Promise And Challenges of Blue Light (comunicado da International Dark Sky Association);
• Visibility, Environmental, and Astronomical Issues Associated with Blue-Rich White Outdoor Lighting (white paper da IDA);
• The Potential Dark Side of Nobel-Winning LEDs: Pest Problems (artigo da Smithsonian magazine);
• LEDs: Light Pollution Solution or Night Sky Nemesis? (artigo da Universe Today);
• Stargazers hope new lights won't dim Flagstaff's skies (artigo da azcentral);
• LED lighting increases the ecological impact of light pollution irrespective of color temperature, Pawson, S.M & Bader, M. K.-F., Ecological Applications, 24(7), 2014, pp. 1561-1568;
• Shift to High-Tech Streetlights Saves Dark Skies, Money (artigo da página bigislandnow.com).