Joelma Perez.

Os motores térmicos convencionais usados mundialmente para a geração de energia requerem o uso de biocombustíveis para atender aos requisitos ambientais atuais no que se refere à emissão de poluentes . Tais tecnologias são caracterizadas por suas limitadas eficiências de conversão de energia que, principalmente quando se referem a dispositivos elétricos de tamanho reduzido, não ultrapassam 20. Como conseqüência, os dispositivos eletroquímicos, como a célula a combustível de óxido sólido (SOFC), tornam-se bastante competitivos, pois possuem eficiência elétrica prática superior a 60 e apresentam baixo impacto na poluição do ar em termos de nano-partículados, monóxido de carbono e poluição sonora. No Brasil, grande parte da demanda de energia na área automotivas é atendida pelo bioetanol sendo, portanto, altamente desejável o desenvolvimento de novas tecnologias para geração de energia para esse setor. Por outro lado, no momento a Itália é um dos países mais reconhecidos no desenvolvimento de tecnologias avançadas baseadas em SOFC. Portanto, a efetivação de um programa de cooperação entre a Itália e o Brasil no campo de SOFC/combustíveis renováveis para a geração de energia distribuída é uma necessidade estratégica, em particular se o programa envolver as competências inerentes à área como a investigação de materiais em nanoescala, nanotecnologia, eletroquímica, síntese de materiais, caracterização avançada, engenharia química , aplicações reais e testes de degradação. A proposta FlexPower visa desenvolver uma célula SOFC de nova geração, baseada em materiais cerâmicos avançados, para a utilização direta de biocombustíveis, a fim de reduzir a complexidade do balanço da planta e produzir energia elétrica e calor com alta eficiência total (~ 90 considerando o calor e a energia elétrica, com a eficiência elétrica > 50). A utilização direta de biocombustíveis será demonstrada em uma SOFC prova-de-conceito de 0,5 kW, com arquitetura plana e passível de expansão, a qual derverá ser validada nos requisitos de desempenho, eficiência e durabilidade.

O FAPESP - SHELL CENTRO DE PESQUISA E INOVAÇÃO DE GASES DE EFEITO ESTUFA tem como objetivo ser um centro de classe mundial para estudos avançados com foco em inovação para sustentabilidade e mitigação de emissões de gases de efeito estufa. O Centro complementa a experiência da Fapesp no apoio à pesquisa científica de alto nível e ao desenvolvimento de tecnologia nessas áreas. Temos como objetivo o estabelecimento de um Centro de classe mundial com investigações de pesquisa, inovação e disseminação de conhecimento para contribuir mundialmente com soluções para o desafio mais significativo que a humanidade está enfrentando no século 21: Mudanças Climáticas. Neste empreendimento, o Centro possui cinco Programas de pesquisa distintos, mas complementares: Soluções Baseadas na Natureza (NBS), Captura e Utilização de Carbono (CCU), Captura e Armazenamento de Carbono para Bioenergia (BECCS), Gases de Efeito Estufa (GEE) e Advocacia. O Centro reúne uma equipe técnica e científica que tem se envolvido, ao longo dos últimos anos, com problemas nas áreas de energia e meio ambiente, propondo soluções parciais relacionadas a um dos Programas citados. O Centro pretende integrar este esforço, explorando os distintos enfoques de forma complementar; dar respostas e fornecer soluções inovadoras, de acordo com o melhor planeamento possível, às questões suscitadas pelos problemas de engenharia existentes, políticas econômicas e impactos sociais associados à emissão de gases de efeito de estufa e ao meio ambiente. A integração desses cinco temas e de todo o conhecimento e inovação gerados nesse Centro apoiarão diretamente o Brasil no alcance das Contribuições Nacionalmente Determinadas (NDCs) por meio de Pesquisa Inovação. O Centro servirá para liberar o potencial brasileiro para uma transição energética sustentável, visando um aumento bem abaixo de 2C no cenário global de mudanças climáticas.

O rápido desenvolvimento tecnológico que tem sido verificado mundo atual elevou a demanda das energias elétrica/mecânica a níveis bastante acima da capacidade de sua geração exclusivamente a partir de fontes sustentáveis/renováveis. Isso implica que frações significativas da energia hoje utilizada são derivadas a partir de combustíveis fósseis, cuja consequencia é o acentuado efeito negativo sobre o meio ambiente, um deles associado à liberação de dióxido de carbono na atmosfera, considerada uma das principais causas do aquecimento global. Dessa forma, há uma clara necessidade de remover continuamente esse poluente da atmosfera e de aprimorar o uso, particularmente no Brasil, de combustíveis renováveis à base de biomassa que levam emissão quase nula de carbono, e de desenvolver e aumentar a eficiência e a versatilidade de sistemas de conversão de energia elétrica gerada em turbinas fotovoltaicas, solares, eólicas e em sistemas hidráulicos. Consistentemente com essas diretrizes gerais, os principais objetivos deste projeto incluem investigações de processos eletrocatalíticos com o objetivo de melhorar a eficiência dos sistemas de conversão de energia relacionados a (i) redução eletroquímica de dióxido de carbono para "armazenar" energia elétrica e, ao mesmo tempo, gerar produtos com valor agregado, tais como hidrocarbonetos líquidos, olefinas, metano, ácido fórmico, metanol, etanol, etc.; (ii) processos de conversão de energia eletroquímica em eletrolisadores de água e de nitrogênio e em células de combustível, com o objetivo de melhorar a eficiência da conversão de energia elétrica em energia química armazenada em espécies transportadoras como hidrogênio molecular, ácido fórmico, syngas, amônia etc. e vice- versa; (iii) a eletrocatálise da oxidação de álcoois e outras moléculas e o desenvolvimento de células a combustível de álcool direto foto-assistidas movidas a energia solar, com foco na melhoria da compreensão dos processos básicos e aplicados relacionados à conversão de energia e síntese de produtos de valor agregado. Em todos os casos, diferentes tipos de eletrocatalisadores e fotoeletrocatalisadores maciços ou nanoestruturados serão investigados. Um objetivo importante é determinar os parâmetros que governam a atividade (foto)-eletrocatalítica, a estabilidade dos materiais, os mecanismos reacionais e as instabilidades cinéticas, para a construção de eletrolisadores/células de combustível inovadores e produção/utilização dos diferentes transportadores de energia. Sete pesquisadores experientes, assistidos por quatro técnicos de laboratório, formam a equipe permanente de pesquisadores. Espera-se que um grupo de aproximadamente 30 pesquisadores de pós-doutorado e estudantes de iniciação científica, mestrado e doutorado participe das atividades de pesquisa, enfatizando a alta prioridade dada à formação de recursos humanos altamente qualificados.

Capes Cofecub

Este projeto de pesquisa tem como objetivo o estudo dos processos eletrocatalíticos em sistemas eletroquímicos de interconversão entre energia química e energia elétrica, em dispositivisos eletrolíticos e galvânicos. O foco principal tem relação com o estudo de reações envolvidas em eletrolisadores para produção de hidrogênio e em células a combustível alimentadas com moléculas orgâncicas e inorgânicas. Serão estudados alguns aspectos fundamentais da eletrocatálise e das instabilidades cinéticas destas reações sobre eletrodos massivos de metais puros (mono e policristalinos) e nanoestruturados. As investigações englobam também correlações entre atividade eletrocatalítica e estabilidade com a composição e estrutura das nanopartículas. Como etapa final, poderão ser desenvolvidos sistemas operacionais formados por eletrodos de difusão de gás, sobre os quais serão realizados estudos de reações eletrocatalisadas de interesse fundamental e aplicado. O projeto será executado por uma equipe constituída por membros permanentes incluindo 6 docentes, 2 pesquisadores não docentes, 2 técnicos especializados, e cerca de 40 membros colaboradores temporários como pós-doutorandos, alunos de pós-graduação e de graduação, todos do Instituto de Química de São Carlos, USP.

O objetivo geral do presente projeto é o desenvolvimento parcial dos vários componentes das plantas de células a combustível de eletrólito polimérico (PEFC) completas, que em uma etapa seguinte deverão ser integrados para o desenvolvimento de protótipos de plantas operacionais. Estes objetivos podem ser agrupados em quatro linhas principais de atividades: (1) Desenvolvimento, caracterização e testes de catalisadores para reforma de alcoóis e purificação do hidrogênio produzido, com acoplamento de um reator a uma célula PEFC unitária de 5 cm2; (2) Aumento de escala do processo de preparação de elecatalisadores para células a combustível, focando em particular o método do ácido fórmico. Inclui-se também neste grupo o desenvolvimento de Membranas/Eletrólito com vistas à produção de materiais substitutos ao Nafion, sistemas alcalinos, sistemas para alta temperatura. Ambos os materiais serão caracterizados e testados em eletrodos de camada fina porosa em células unitárias para avaliação do desempenho, estabilidade, homogeneidade, permeabilidade aos subprodutos do processo de reforma. (3) Aumento de escala do empacotamento membrana&eletrodos (MEA) de 5 para 200 cm2. Isto inclui os testes em célula unitária, desenho dos distribuidores de gases e caracterização do balanço de calor. Os testes também visam caracterizar o desempenho, estabilidade, homogeneidade, distribuição de corrente e temperatura dos MEA produzidos. Também serão feitas avaliações dos efeitos da contaminação por CO em eletrodos com escala expandida e dos efeitos das condições operacionais - como a temperatura da célula e umidificadores e a pressão dos gases ? sobre o desempenho do sistema; (4) Pesquisa e desenvolvimento de multi-células. Isto inclui o desenvolvimento de multi células(quatro a dez células conectadas em série). Modelagem e experimentação dos fenômenos associados ao transporte de massa e ao gerenciamento de calor. Fabricação dos sistemas periféricos de controle da unidade e do condicionamen

Esta pesquisa tem como objetivo desenvolver metodologias de preparação de nanopartículas. Estabelecer correlações entre as propriedades dos sistemas nanoparticulados (distribuição de tamanhos, composição química, etc.) e as variáveis das metodologias de síntese. Desenvolver materiais que possam ser utilizados como eletrocatalisadores das reações que se processam nos anodos ou catodos das células a combustível. Estabelecer correlações entre as propriedades físico-químicas e o desempenho eletrocatalítico dos eletrocatalisadores preparados, que permitam uma compreensão mais aprofundada das características que dominam a eficiência da eletrocatálise em condições operacionais, que possam subsidiar futuras estratégias de desenvolvimento de catalisadores.
No campo da aplicação prática, tem como objetivo a ampliação de escala das células a combustível do tipo PEMFC (?proton exchange membrane fuel cells?) visando obter o conhecimento passo a passo de como produzir as propriedades desejadas em escala num sistema operacional. As PEMFC sofrem uma série de problemas devido à distribuição não uniforme de corrente dentro de uma única célula, conseqüência de uma séria de fatores, resultando em um decréscimo do rendimento esperado. Serão desenvolvidos sistemas de medidas de distribuição de corrente para o mapeamento da distribuição de corrente nos eletrodos de difusão a gás (catodo e anodo) em várias escalas de tamanho da célula unitária. Adicionalmente será realizada a modelagem matemática destes sistemas. Os modelos de análise para células a combustível conduzem a um melhor entendimento dos fenômenos físicos químicos ocorrendo nas células a combustível e combinados com resultados experimentais tem se mostrado uma ferramenta poderosa para abaixar custos e apressar a velocidade para construção de protótipos e entender estes novos sistemas.

Bolsa de Pos Doutorado Sênior

A presente proposta visa caracterizar os materiais nanoparticulados bimetálicos preparados em nosso laboratório utilizando métodos avançados de síntese (microemulsões e poliol). É um fato bem documentado na literatura que a metodologia de preparação de nanopartículas bimetálicas influencia fortemente a estrutura cristalina, o grau de formação de liga, o tamanho das nanopartículas e a
atividade catalítica para determinadas reações de transferência de carga. Os materiais a serem mostrado, nos estudos já conduzidos no nosso laboratório, um alto grau de liga, tamanhos médios de partícula da ordem 3nm ou menores, e atividades eletrocatalíticas significativamente superiores às da Pt.

Síntese e caracterização de materiais nanoparticulados para a eletrocatálise de reações de interesse em células a combustível de eletrólito polimérico
FINEP Ação Transversal ? Encomenda.
EXECUTOR: COMISSAO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR - CNEN-IPEN
CO-EXECUTOR(ES): UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JULIO DE MESQUITA FILHO-FACULDADE DE CIÊNCIAS - UNESP BAURU; UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO - INSTITUO DE QUÍMICA - UFRJ-IQ
CENTRO DE PESQUISA DE ENERGIA ELÉTRICA - CEPEL; INSTITUTO ALBERTO LUIS COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E DE PESQUISA DE ENGENHARIA - COPPE; UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - INSTITUTO DE QUÍMICA SÃO CARLOS - USP-SC; UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - INSTITUTO DE QUIMICA - USP-RP
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - INSTITUTO DE QUÍMICA DE SÃO PAULO - USP-SP; UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO/INSTITUTO DE MACROMOLECULA - UFRJ-IMA; UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA/INSTITUTO DE QUÍMICA DE ARARAQUARA - UNESP-ARA; INSTITUTO DE PESQUISA TECNOLOGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO - IPT; UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO - UFMA; UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA - UFBA-IQ; UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - UFPA

Síntese e teste de nanocatalisadores para melhorar o desempenho de cátodos de células a combustível de membrana de troca de prótons

Este trabalho tem por objetivo preparar e desenvolver, pelo método sol-gel e preferencialmente pelo método polimérico, cátodos de condutor misto cerâmico do tipo Ln1-xSrxFeyMn1-yOz e Ln1-xSrxFeyCo1-yOz para Células a Combustível de Eletrólito Sólido (SOFC). Estudar-se-á o efeito da platina suportada em forma dispersa sobre este condutor visando a melhora da performance deste material para a reação de redução de oxigênio (RRO).