No Brasil é crescente a necessidade de mão de obra qualificada para o setor petroquímico e de novas energias, e o avanço da exploração no pré-sal exige ainda mais conhecimento, não só para a extração do petróleo, mas também para o seu transporte, processamento primário e refino. Com os desafios advindos do pré-sal e os já existentes, faz-se necessário profissionais capazes de determinar e entender as propriedades do petróleo para que a partir dessas propriedades os processos já existentes possam ser melhorados ou novos possam ser desenvolvidos. Em um momento que energia é uma grande preocupação é importante o conhecimento de alternativas principalmente na fase de projeto de processos ou mesmo no gerenciamento de utilidades o que pode levar a ganhos energéticos e ambientais significativos. Ainda em termos de energia, existe uma demanda por parte do setor tradicionalmente ligado à exploração e refino de petróleo com a questão energética de forma mais abrangente, na qual outras fontes como biocombustíveis, fontes renováveis e também sistemas paralelos de armazenamento de energia começam a se consolidar em novos modelos de negócios. Assim, torna-se imperativo o conhecimento sobre a sua gestão e sobre as tecnologias envolvidas. O setor energético vive uma transformação, que devido à complexidade tecnológica, o custo da energia e infraestrutura existente e necessária, não poderá ser brusca. Frente à necessidade de mudança relacionado ao setor energético, não se pode deixar de lado às preocupações ambientais, sendo importante a formação de um profissional que contempla o conhecimento dos riscos ambientais envolvidos no processamento do petróleo e a busca constante por alternativas que sejam viáveis para tornar toda a cadeia de produção de energia mais ecologicamente correta, mantendo-se ou diminuindo os custos atuais. É importante mencionar as tecnologias emergentes, tais como a Indústria 4.0, o coprocessamento de óleo vegetal ou bio-óleo de origem lignocelulósico, redução de emissão de gases de efeito estufa, captura, armazenamento e uso de CO2, e busca por novos solventes (verdes), temas que podem levar a avanços significativos no setor juntamente com o desenvolvimento ou uso consciente de novas ferramentas computacionais para predição de propriedades de petróleo e seus derivados, para simulação de escoamento e taxa de reação em processos FCC (craqueamento catalítico), bem como avaliação de riscos e prevenção de acidentes de segurança de processo, bem como o uso de simuladores de processo. Conteúdos e ferramentas estas indispensáveis para qualquer salto tecnológico pretendido na área de energia (petróleo, gás natural e biocombustíveis). Em suma, o objetivo desse projeto é formar recursos humanos (graduação, mestrado e doutorado) qualificados para atuar no setor energético brasileiro, usando para tanto as diferentes linhas de pesquisa desenvolvidas pelos professores da Faculdade de Engenharia Química (FEQ/Unicamp). São temas atuais e que tratam da produção, do transporte, do refino e do processamento de petróleo e gás natural, e que também podem ser aplicados aos biocombustíveis e energias renováveis. Todos esses temas serão tratados, direta ou indiretamente, nas disciplinas e nos trabalhos de pesquisas propostos visando a formação de recursos humanos preparados para os novos desafios do setor energético. (AU)

A geração de energia elétrica para o próximo milênio é um desafio a humanidade. Hoje há energia elétrica em grande escala que alteram as condições climáticas. A antiga utilização de radiação na geração de eletricidade, apesar de menos poluentes, tem um ponto fraco, o lixo radiativo. Assim, é extremamente valioso possuir tecnologias alternativas que possam contemplar este ponto fraco e que, ainda, independam de armazenamento, do vento ou de irradiação solar. O cientista russo Pavel Cherenkov em 1934 visualizou uma fraca luz azul quando colocou uma solução de ácido sulfúrico sobre sais radioativos de Rádio. Esta luz emitida quando partículas radioativas transitam em qualquer meio, mais rápido que a velocidade da luz, recebeu o nome de Luz Cherenkov (do inglês, Cherenkov light ou CL, em português, LC). Em pequena escala, o Prof. Grimm, demonstrou que radioisótopos em material orgânico contendo nanopartículas (NP) (1) emitem luz em duas faixas de comprimento da luz visível. (2) Em estrutura 3D, a matriz orgânica contendo NP, a LC reemitida é amplificada em até 100 vezes. (3) Sendo que a quantidade e a distribuição específicas das NP intensificam a luminosidade e geram um pico secundário para a geração de Luz visível. A emissão de LC é bem comum em resíduos sólidos como os gerados a partir de usinas termonucleares, e duram de horas a décadas. O desafio do projeto é a reprodução desses experimentos preliminares, em condições centimétricas, porém adaptando as condições anteriores a uma configuração contendo células fotovoltaicas planares com eficiência quântica externa próxima a 100% no espectro de 400 a 750 nm. A partir deste, em conjunto a empresa Solid, customizar um modelo em escala maior para obter um mínimo produto viável e a venda e licenciamento a uma empresa produtora dos dispositivos. Para tal será feito aqui a (1) produção de lâminas de matrizes de proteínas contendo NP em diferentes combinações em quantidade, disposições e tamanhos para otimizar um protótipo que gere a quantidade máxima de luz permitida por espaço, que quanto em contato com radiação gerará luz que captada por uma célula solar específica gerará eletricidade. Ao final de 9 meses, o processo será otimizado para geração de eletricidade a partir de LC presente em fontes radioativas. Esta tecnologia é inovadora, pois permitirá a ressignificação dos resíduos radioativos (e.g., 233U), já estocados no mundo em facilities para geração de eletricidade constante. (AU)

Os eletrólitos sólidos de sulfeto apresentam um alto potencial para aplicação em baterias totalmente em estado sólido, embora sejam compatíveis com a tecnologia convencional de processamento de íons de lítio. Ainda assim, alguns obstáculos relacionados à degradação do material precisam ser superados. Assim, o projeto proposto visa uma proteção de superfície e otimização interfacial por revestimentos ALD em eletrólitos sólidos à base de sulfeto (SE) - ALD-SE. Pelo design de superfície adequado, a reatividade dos sulfetos (i) contra a umidade, (ii) com solventes polares e (iii) em potenciais de eletrodo anódicos e catódicos é suprimida. Os primeiros aspectos (i) e (ii) são decisivos para uma cadeia produtiva sustentável. A proteção contra umidade suprime a formação de H2S tóxico durante a fabricação da bateria, danos às células e processos de reciclagem. Os requisitos reduzidos para uma atmosfera de processamento seca, portanto, energia segura e custo operacional. A maior compatibilidade com solventes permite o uso de sistemas de aglutinantes estabelecidos com baixos teores de aglutinantes - um requisito fundamental para células de alto desempenho. O último aspecto (iii) aumenta o desempenho da célula reduzindo reações colaterais prejudiciais. Isso também permite a fabricação de células de longa duração. Para atingir esses objetivos, os revestimentos aplicados pela ALD são desenvolvidos e otimizados quanto à composição e espessura. Esses desenvolvimentos são apoiados por RMN atomística de estado sólido e uma compreensão macroscópica e eletroquímica dos efeitos da camada superficial aplicada nas propriedades do material. A tecnologia de processo é adaptada a um pó (TRL 2 a TRL 3) e uma rota à base de folha (TRL 2 a TRL 4). Ambas as estratégias apresentam vantagens e desvantagens em relação ao processamento de sulfeto em nível de material e componente, implementação e escalabilidade da tecnologia ALD na cadeia de fabricação de baterias e funcionalidade da bateria totalmente em estado sólido. Esses aspectos são avaliados e atualizados ao longo do projeto. Embora os materiais estejam localizados no início da cadeia de valor, no negócio de baterias é difícil superestimar seu impacto no desempenho e no preço do produto final. A introdução de revestimentos ALD apoia o desenvolvimento de toda a cadeia de valor de baterias de estado sólido na Europa. Pela proteção IP adequada, o valor agregado devido aos revestimentos pode se tornar mais importante do que o material não revestido inicial. Os eletrólitos de sulfeto de última geração (SoA) não podem ser processados diretamente em baterias de estado sólido devido a problemas de interface. A tecnologia ALD-caoting e a engenharia de superfície adequada podem preencher essa lacuna entre o SoA e as propriedades desejadas. Através do projeto ALD-SE estamos nos aproximando de um desenvolvimento escalável de uma bateria de estado sólido intrinsecamente segura e de alta energia. (AU)

De acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE), 80% da demanda global de energia é derivada de combustíveis fósseis que são fontes de energia não renováveis e seu uso tem implicações ambientais que contribuem para o efeito da poluição e das mudanças climáticas. Para resolver esses problemas, muitos esforços têm sido feitos em direção ao desenvolvimento de energia limpa e algumas reações estão no centro das tecnologias de conversão de energia, como a eletrólise da água, redução de CO2, atualização de biomassa e redução de N2. Além disso, baterias recarregáveis de alta eficiência e baixo custo tornaram-se tecnologias fundamentais. As baterias de íon de lítio (LIBs) são atualmente o dispositivo de armazenamento móvel mais popular, enquanto as baterias de íon de sódio (SIBs) são uma alternativa promissora ao armazenamento estacionário devido às suas semelhanças com LIBs e a disponibilidade de Na. Novos dispositivos tecnológicos requerem baterias mais potentes e de longa duração, o que motiva a busca pelo aprimoramento de seus componentes. Neste projeto se propõe a utilização de diferentes metodologias, versáteis e ambientalmente amigáveis para o desenvolvimento e estudo de nanomateriais (inorgânicos, orgânicos e/ou seus híbridos) apresentando tamanho, forma, composição, estrutura (interiores sólidos ou vazios) e arquiteturas bem definidas e controláveis, visando uma diversidade de aplicações relevantes. Especificamente, temos interesses em aplicações voltadas para a confecção de dispositivos de armazenamento de energia (bateriais e capacitores eletroquímicos), eletrocatálise para a transformação de vetores de energia e nanocatalisadores (catálise heterogênea e catálise/biocatálise plasmônica). Em todas essas aplicações, a utilização de nanomateriais controlados irá nos permitir fazer uma correlação precisa entre os desempenhos observados e todos os parâmetros físico-químicos que definem o material, abrindo a possibilidade não só para a otimização de propriedades em relação à nanomateriais convencionais, mas também para o design e desenvolvimento de nanomateriais avançados apresentando características desejáveis para as aplicações de interesse deste projeto. Para o completo entendimento destes fenômenos é imprescindível a associação dos desenvolvimentos experimentais com cálculos teóricos e modelagem molecular que permita uma visão completa e mais detalhada dos sistemas.A presente proposta associa os Profs Roberto M. Torresi e Susana I. Córdoba de Torresi (IQ/USP), que aportarão a sua experiência na área de eletroquímica, a Profa. Liane M. Rossi (IQ/USP) de reconhecida atuação em catálise heterogênea, atuando fortemente na síntese/desenvolvimento de nanomateriais controlados e plasmônica e o Prof. Antonio G. S de Oliveira Filho (FFCLRP/USP), que dará o suporte na realização de cálculos de química quântica. (AU)

De acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE), 80% da demanda global de energia é derivada de combustíveis fósseis que são fontes de energia não renováveis e seu uso tem implicações ambientais que contribuem para o efeito da poluição e das mudanças climáticas. Para resolver esses problemas, muitos esforços têm sido feitos em direção ao desenvolvimento de energia limpa e algumas reações estão no centro das tecnologias de conversão de energia, como a eletrólise da água, redução de CO2, atualização de biomassa e redução de N2. Além disso, baterias recarregáveis de alta eficiência e baixo custo tornaram-se tecnologias fundamentais. As baterias de íon de lítio (LIBs) são atualmente o dispositivo de armazenamento móvel mais popular, enquanto as baterias de íon de sódio (SIBs) são uma alternativa promissora ao armazenamento estacionário devido às suas semelhanças com LIBs e a disponibilidade de Na. Novos dispositivos tecnológicos requerem baterias mais potentes e de longa duração, o que motiva a busca pelo aprimoramento de seus componentes. Neste projeto se propõe a utilização de diferentes metodologias, versáteis e ambientalmente amigáveis para o desenvolvimento e estudo de nanomateriais (inorgânicos, orgânicos e/ou seus híbridos) apresentando tamanho, forma, composição, estrutura (interiores sólidos ou vazios) e arquiteturas bem definidas e controláveis, visando uma diversidade de aplicações relevantes. Especificamente, temos interesses em aplicações voltadas para a confecção de dispositivos de armazenamento de energia (bateriais e capacitores eletroquímicos), eletrocatálise para a transformação de vetores de energia e nanocatalisadores (catálise heterogênea e catálise/biocatálise plasmônica). Em todas essas aplicações, a utilização de nanomateriais controlados irá nos permitir fazer uma correlação precisa entre os desempenhos observados e todos os parâmetros físico-químicos que definem o material, abrindo a possibilidade não só para a otimização de propriedades em relação à nanomateriais convencionais, mas também para o design e desenvolvimento de nanomateriais avançados apresentando características desejáveis para as aplicações de interesse deste projeto. Para o completo entendimento destes fenômenos é imprescindível a associação dos desenvolvimentos experimentais com cálculos teóricos e modelagem molecular que permita uma visão completa e mais detalhada dos sistemas.A presente proposta associa os Profs Roberto M. Torresi e Susana I. Córdoba de Torresi (IQ/USP), que aportarão a sua experiência na área de eletroquímica, a Profa. Liane M. Rossi (IQ/USP) de reconhecida atuação em catálise heterogênea, atuando fortemente na síntese/desenvolvimento de nanomateriais controlados e plasmônica e o Prof. Antonio G. S de Oliveira Filho (FFCLRP/USP), que dará o suporte na realização de cálculos de química quântica. (AU)

A TECCER vem investindo esforços em uma nova área de inovações de novos materiais para baterias avançadas. Por meio da absorção de conhecimentos desenvolvidos por pesquisadores de grupos de P&D em baterias nas Universidades e Institutos de Ciência e Tecnologia, a TECCER está desenvolvendo rotas piloto de produção de novos materiais para diferentes aplicações em sua mini planta piloto instalada para a produção de materiais ativos de PbC - Supercapacitor, voltadas à indústria nacional de bateria de chumbo ácido. Estes novos materiais ativos, aplicados tanto para as placas negativas como para as positivas, permitem que as baterias funcionem em estágio parcial de carga como aumento da vida útil, necessário para as novas demandas em baterias avançadas acopladas a energias renováveis. Esses materiais também aumentam a aceitação de carga das baterias de chumbo ácido necessária para o uso em sistemas de freios regenerativos dos novos carros híbridos que serão lançados no Brasil. Para a produção desses novos materiais, a TECCER utilizará a rota da incorporação de nanocompósitos com base em carbono e óxido de nióbio. Esses novos materiais ativos evitam a sulfatação das placas negativas com consequente aumento da sua vida útil, aumentam consideravelmente a aceitação de carga para demandas conhecidas como cargas rápidas, com melhor eficiência energética por meio do aumento da área eletroquimicamente ativa, e agem como um supercapacitor. São vários os desafios para as rotas de desenvolvimentos, entre eles: i) eliminar contaminantes metálicos na superfície do carbono; ii) sintetizar grupos funcionais de superfície; iii)aumentar os sobre potenciais de evolução de hidrogênio; iv) aumentar a condutividade eletrônica da massa ativa; v) aumentar a capacitância; vi) aumentar os tamanhos dos poros no carbono; vii) melhorara afinidade do carbono pelo chumbo; viii) avaliar a interação com o componente orgânico da mistura do expansor em placas negativas; iv) avaliar a molhabilidade pela solução eletrolítica aquosa; x) aumentara área eletroquimicamente ativa. O problema relatado desses novos materiais ativos com carbonos nanométricos é o aumento da evolução de gás H2, especialmente na placa negativa. Sendo assim, uma etapa importante do desenvolvimento é a adição de nanopartículas de óxidos metálicos inibidores dessas reações indesejáveis, como, por exemplo, os de nióbio. Esses materiais podem ainda exibir 'Pseudocapacitância' e participar nos processos eletroquímicos para gerar incrementos na interação química entre o chumbo e o nanocarbono. A TECCER usará a estratégia de desenvolver esses produtos de tal forma que possam ser adaptados à produção latino-americana de baterias, com o propósito de abrir o mercado nacional tanto para a venda de aditivos como para transferências tecnológicas. A viabilidade técnica e econômica dos nanocompósitos a base de PbO e Grafeno nanométricos foi comprovada, e os resultados informados no relatório da Fase I anexado no sistema Sage. Este projeto apresenta a continuidade da pesquisa e desenvolvimento com o aprofundamento da patente multi eletrodo e as atividades para levar a escala os nanocompósitos como aditivos para baterias chumbo carbono. Também está sendo enviado plano de comercialização com estratégias de mercado. (AU)

Nos últimos anos, o aumento da preocupação com o meio ambiente e as consequentes restrições impostas às emissões de gases de efeito estufa e a busca por fontes alternativas de energia renováveis limpas, tem motivado cada vez mais o uso de veículos elétricos à bateria (BEV) como uma solução viável de mobilidade ecologicamente correta. A mobilidade elétrica (e-mobilidade) tem sido amplamente discutida para uso em áreas urbanas, mas ela pode ser também analisada para aplicações no turismo. A infraestrutura de e-mobilidade para o turismo pode ser composta por diferentes soluções, no entanto, apesar de não resolverem problemas relacionados a congestionamentos, os BEV para transporte individual podem ser bastante atrativos por serem uma solução mais sustentável, de menor impacto ambiental, com maior capacidade de acesso a áreas remotas e por possibilitar mais facilmente o desenvolvimento de uma infraestrutura de carregamento de energia empregando fontes renováveis de alta capilaridade e baixo custo. Um dos principais desafios tecnológicos relacionados à transição para a e-mobilidade voltada para o turismo é a adaptação da infraestrutura de distribuição de energia para acomodação do aumento de demanda decorrente do carregamento de BEV. Deste modo, as estações de carregamento bidirecionais inteligentes surgem como um elemento crucial para seu sucesso. Para uma contribuição ativa na redução das emissões de gases de efeito estufa, a energia fornecida pelas estações de carregamento pode ser, em sua maior parte, proveniente de fontes renováveis como, por exemplo, a solar fotovoltaica. Adicionalmente, as estações de carregamento podem incorporar sistemas de armazenamento de energia (ESS) para aumentar a flexibilidade e confiabilidade de suas operações. Assim, torna-se possível o aproveitamento da energia dos BEV e ESS para injeção de energia na rede e auxiliar o atendimento da demanda de energia local. Neste contexto, este projeto visa o estudo de novas técnicas de gerenciamento e controle das operações de uma estação de carregamento inteligente para BEV de turismo empregando geração fotovoltaica com ESS e comunicação por rede sem fio com o operador da rede elétrica para coordenação das operações envolvidas. A topologia proposta utiliza um barramento DC comum, onde os elementos da estação são conectados por conversores de potência. A geração fotovoltaica e os BEV são conectados por conversores DC/DC e a rede elétrica AC é conectada ao barramento DC por um conversor de fonte de tensão AC/DC. (AU)

Para atender à crescente demanda energética mundial, soluções limpas e de baixo custo tem sido cada vez mais buscadas, em especial pelas mudanças climáticas e do compromisso mundial de redução das emissões de carbono. Entre as diversas tecnologias renováveis, a energia solar apresenta-se como um forte candidato com potencial para suprir as demandas atuais e futuras. Uma limitação na energia solar é sua fonte não-contínua de energia, fazendo necessárias soluções tanto na conversão da energia cedida pelo sol como em seu armazenamento. Para a conversão, os painéis solares são o método mais eficiente apresentado até então e da terceira geração de dispositivos fotovoltaicos desenvolvidos, as células solares de perovskitas são as mais promissoras e atualmente estudadas pelo potencial na eficiência de conversão energética, alcançando 25,5% de eficiência certificada com apenas 12 anos de desenvolvimento e pelo baixo custo para preparação quando comparadas as células de silício comercialmente aplicadas. Entretanto, barreiras tecnológicas como a toxicidade de alguns componentes baseados em chumbo e a baixa estabilidade com relação a temperatura, radiação ultravioleta e umidade são o atual desafio para aplicação da tecnologia em larga escala. Dentro da perspectiva de armazenamento eletroquímico de energia, as baterias de íon-metálicos com as de sódio apresentam características interessantes para sua aplicação principalmente em sistemas estacionários. Este projeto visa desenvolver e consolidar dispositivos fotovoltaicos livres de chumbo utilizando uma arquitetura baseada em carbono e integrar células fotovoltaicas ao armazenamento eletroquímico de energia com sistemas de alta ciclabilidade ou seja, duração. (AU)

Este projeto de pesquisa visa obter recursos para a construção de um protótipo de carregador bidirecional de baterias para veículos elétricos. O sistema proposto contém um conversor de potência no lado da rede trifásica e o carregamento da bateria é emulado, no primeiro momento, por uma fonte programável conectada no lado do barramento de corrente contínua (CC). O fluxo bidirecional de potência no conversor da rede é regulado por um sistema de controle preditivo com modulação PWM (do Inglês Pulse Width Modulation). Essa técnica de controle também é conhecida pela sigla MPC (do Inglês Model Predictive Control) e se baseia no modelo discretizado do conversor para predizer o comportamento futuro das variáveis de estado. O sinal de controle ótimo é calculado a cada instante de tempo para minimizar a função custo que considera o erro de rastreio da referência e o esforço de controle. O designer dos parâmetros do controlador MPC com PWM é um dos principais desafios desse projeto, o qual se pretende superar por meio de extensivas simulações e testes experimentais utilizando estratégias encontradas na literatura e propostas neste projeto. Através de ensaios de validação experimental será avaliada a viabilidade técnica do sistema de carregamento proposto, o qual deverá permitir o fluxo bidirecional de potência entre a bateria e a rede elétrica. Este projeto apresenta ainda o cronograma das atividades, destacando os resultados esperados, os principais desafios e as estratégias para soluciona-los. Por fim apresenta-se o planejamento de avaliação e divulgação dos resultados obtidos durante o projeto. (AU)

Em 2050, espera-se que a eletricidade mude de 18 para 50% da matriz energética mundial, as fontes de energia renováveis se expandirão quatro vezes da atual capacidade instalada, mas as emissões de CO2 devem ser metade do valor de hoje. Nesse cenário, é imperativo construir novas soluções para o armazenamento de energia que ainda não estão disponíveis hoje e que podem lidar com as demandas previstas. Além disso, o aumento mundial de dispositivos eletrônicos portáteis e portáteis incentiva pesquisas em dispositivos de armazenamento e fornecimento de energia de baixo custo, flexibilidade, peso leve e ambientalmente amigáveis. A fim de efetivamente armazenar e fornecer energia, o avanço da tecnologia de bateria e o supercapacitor é vital para torná-los economicamente mais viáveis para aplicações de comunicações a transporte. A capacidade desses dispositivos em armazenar e redistribuir energia de forma eficaz e eficiente é altamente dependente da engenharia de suas construções e química das interfaces eletrodos / eletrólitos. A alta área de superfície, os eletrodos quimicamente estáveis e o conhecimento da interface de eletrodo / eletrólito são cruciais para baterias e supercondensadores. A fim de ter informações sobre a operação e desenvolver materiais novos e mais eficientes e eletrólitos para dispositivos, uma compreensão química e estrutural abrangente dos fenômenos da interface é fundamental. Neste projeto, buscamos nuclear um Centro de Armazenamento de Energia Avançado, onde vamos estudar baterias e supercapacitores de última geração em condições dinâmicas por espectroscopias Raman e FTIR e raios-X de sincrotron de alta intensidade. Raman e FTIR serão realizados usando fibras ópticas, acoplando célula a espectrômetros, permitindo monitorar as reações durante a carga e descarga de um dispositivo. A difração de raios-X com alta resolução e tempo resolvido será realizada na linha Sirius do LNLS. As técnicas in situ serão desenvolvidas para condições operando para abordar fenômenos interfaciais fundamentais que poderiam ser vinculados com cálculos multiescala e simulações dinâmicas. Esta ferramenta adaptada funcionará em sinergia com a nova síntese de materiais com base em eletrodos de carbono de alta superfície e rápida transferência de carga. O centro também contará com uma forte integração de seus parceiros no Brasil e no exterior para criar uma melhor compreensão da química e engenharia para os dispositivos. O Centro tratará adequadamente da formação de recursos humanos, da transferência de tecnologia e a divulgação de educação e conhecimento seguindo a proposta previamente acordada com nosso HUB situado no LNNano / CNPEM. (AU)