Filmes finos de perovskitas de haletos orgânico-inorgânicos tem sido amplamente investigados para aplicação em células solares e dispositivos optoeletrônicos. Em apenas 10 anos de pesquisas, a eficiência de conversão de energia (PCE) deste tipo de célula solar saltou de 3,8% para 25,2%, sendo atualmente a tecnologia de célula solar que evolui mais rapidamente. Uma das grandes vantagens das perovskitas consiste na sua deposição a partir de métodos de deposição em solução sendo que o método de blade coating apresenta grande potencial para esta aplicação devido a direcionalidade intrínseca do método que facilita a cristalização das perovskitas e a otimização de sua performance, além de viabilizar a produção de dispositivos em larga escala. No desenvolvimento das células solares perovskitas, tem se utilizado sistemas de faca de ar para promover a rápida remoção do solvente dos filmes finos depositados por blade coating, promovendo assim a nucleação e cristalização dos filmes. Neste plano de trabalho serão depositados e caracterizados filmes finos de perovskitas e derivados de carbono (óxido de grafeno, grafite, etc.) utilizando o equipamento de blade coating em desenvolvimento. Estes filmes apresentam potencial aplicação em células solares perovskitas e baterias.

Sistemas híbridos de obtenção de hidrogênio a partir da eletrólise por energia fotovoltaica (PV-EL) é muito limpo, porém economicamente inviável. Destaca-se a necessidade de desenvolvimento de novos materiais para os painéis fotovoltaicos e para os eletrodos da célula de eletrólise. A fim de satisfazer a exigência desenvolver dispositivos ambientalmente amigáveis, os eletrocatalisadores para a reação de evolução de hidrogênio precisam ser capazes de alcançar excelentes atividades e estabilidade a longo prazo, que possam operar em uma ampla faixa de valores de pH. Diante disso, o presente projeto tem como objetivo o desenvolvimento de eletrodos compósitos a base de carbono baseados em oxido de ferro ancorados em grafeno e nanotubos de carbono para a geração de hidrogênio a partir da eletrólise aquosa em meio neutro utilizando energia fotovoltaica. As nanopartículas de Fe3O4 (FeNPs) serão sintetizadas por precipitação em meio de solução de amônia, em seguida misturadas com óxido de grafeno e FMWCNTs. Os eletrodos serão preparados por drop-casting utilizando misturas com diferentes proporções das FeNPs, OG e FMWCNTs em substratos de cobre. Os eletrodos modificados serão caracterizados por MEV-FEG, EDS, TG, DSC, FTIR, Raman, e técnicas eletroquímicas, como EIS, cronoamperometria e voltametria cíclica. Os eletrodos serão avaliados quanto ao desempenho na geração de hidrogênio em um sistema híbrido, utilizando um painel fotovoltaico como fonte de corrente para a eletrólise em meio neutro.

O projeto geral tem um título que abrange muitas áreas, no entanto o trabalho específico do bolsista (Luís Henrique) será focado no entendimento da transição energética (substituição de todas as energias de fontes fósseis por energias renováveis) a ser concluída até 2050. O objetivo é descobrir quais são os principais problemas e desafios para esta transição ter sucesso. Os principais desafios envolvem a conversão da energia solar e eólica (entre outras) em energia elétrica (ou hidrogênio), armazenamento de energia (bateria ou hidrogênio), eficiência energética, entre outros. Estão previstas visitas a laboratório que atuam com hidrogênio, energia solar, pilhas a combustível entre outros. (AU)

Recentemente, uma nova classe de materiais 2D consistindo de carbetos e nitretos de materiais de transição (MXenes) tem atraído a atenção para diversas aplicações em armazenamento de conversão de energia. Isso se deve a combinação de suas propriedades espectroscópicas e eletroquímicas únicas que são fortemente dependentes do método de síntese e exfoliação das suas fases precursoras MAX. O presente projeto visa a síntese e caracterização de MXenes, dando destaque ao estudo da morfologia e propriedades químicas dos materiais obtidos. Diferentes procedimentos envolvendo a exfoliação química e pós-tratamento térmico serão empregados com o objetivo de otimizar sua área superficial e concentração de grupos funcionais em sua estrutura. O objetivo destes estudos é definir condições que permitam a obtenção de estruturas com propriedades desejadas, tais como morfologia, condutividade elétrica, níveis de energia, atividade redox e processabilidade. Assim, este projeto permitirá ao aluno avançar na área de materiais 2D funcionais visando diferentes aplicações no campo de energia.

Células solares baseadas em perovskitas híbridas orgânica-inorgânica são promissoras por apresentarem progressivo aumento de sua eficiência de conversão de energia, fácil processabilidade e relativo baixo custo. Nestes dispositivos, as propriedades da camada ativa são fortemente dependentes da sua morfologia e tamanhos de grãos, uma vez que essas características influenciam na densidade de defeitos presentes nessas estruturas. Uma das estratégias adotadas para passivar defeitos da superfície ou contornos de grão da perovskita consiste em incorporar aditivos com apropriados níveis de energia e favorável mobilidade de carga. Uma nova classe de materiais 2D, MXenes, tem-se mostrado promissora em diversas aplicações de conversão e armazenamento de energia por apresentarem controláveis níveis de energia, alta mobilidade de carga e alta transparência. O presente projeto visa a síntese e caracterização de filmes finos baseados em estruturas híbridas de perovskita/MXenes para aplicações como camada ativa em PSCs. Os filmes finos serão depositados por meio da deposição de soluções precursoras contendo diferentes concentrações do material 2D. Assim, este estudo busca definir condições que permitam a obtenção de estruturas e filmes finos com propriedades desejadas, tais como topografia, níveis de energia e mobilidade de carga. Este projeto então permitirá ao aluno avançar na área de deposição de filmes finos e materiais 2D visando aplicações fotovoltaicas.

Uma das tecnologias de energias renováveis que vem sendo bastante explorada internacionalmente é a de Plantas CSP (Concentrated Solar Power). Nestas plantas a concentração da radiação solar é aproveitada para gerar calor e, com esta energia térmica, gerar eletricidade e aproveitamento térmico em cogeração.No entanto, a falta de continuidade da radiação solar e o elevado custo da eletricidade produzida por centrais CSP, são duas barreiras significativas que comprometem uma maior implantação comercial. Há muitos fatores que podem contribuir para alcançar a redução do custo exigido, enquanto a aplicação da relação custo-benefício de sistemas de hibridização de energia térmica ainda é o ponto chave para superar a descontinuidade da radiação solar, porque esses sistemas permitirão a produção de eletricidade quando a radiação solar não está disponível. A melhor despachabilidade da planta, isto é, a capacidade da central CSP para atender o perfil da demanda de eletricidade, seria assim alcançada. Em centrais de tecnologia CSP o bloco onde a energia térmica é convertida em energia elétrica, o chamado Bloco de Potência, agrega um sistema que faz a conversão da energia térmica em energia mecânica para a posterior geração de energia elétrica, com cogeração de calor, e a Solinova desenvolveu um Bloco de Potência Híbrido para plantas CSP.Comumente se aplicam turbinas a vapor ou a gás como equipamentos de conversão de energia térmica, mas o projeto que a Solinova desenvolveu está focado em aplicações para a agroindústria e os agronegócios pequenos e médios, e optamos pela utilização de motor a vapor como equipamento conversor de energia térmica em mecânica.Turbinas a vapor, ou a gás, tem manutenção mais cara e muito mais especializada do que motores a vapor, podendo ser feita por pessoal menos qualificado e que tenha experiência em motores a explosão. Turbinas a vapor requerem uma quantidade e qualidade de vapor que só se consegue com equipamentos apropriados para a produção de enormes quantidades de vapor a alta pressão e temperatura exigindo, mais uma vez, mão de obra especializada e cara, com requisitos de trabalho em caldeiras e fornalhas com atendimento às normas de segurança de vasos de pressão e suas respectivas certificações.Projetado para receber vapor à pressão de 20 bar, o motor opera com maior eficiência, o gerador de vapor se integra às variações de radiação solar e o resultado é um conjunto extremamente versátil para aplicações em agroindústrias que se utilizem de calor e eletricidade em processos produtivos tais como laticínios, frigoríficos, matadouros, secagem de grãos e ervas, folhas, e sementes, processamentos de óleos, criações de animais, aves etc., podendo ser acopladas a sistemas de tratamento de água, dessalinização, tratamento de efluentes e uma imensa gama de aplicações.

Nos últimos anos, tornou-se um consenso mundial a ideia de que o uso de fontes renováveis de energia é um fator chave para o desenvolvimento sustentável. Esta pesquisa busca investigar os impactos de uma política de incentivo à geração distribuída de energia solar de pequeno porte no Brasil. De 2015 a 2018, os governos estaduais implementaram de forma escalonada uma política de redução da alíquota de energia elétrica do ICMS (Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Serviços) cobrado dos proprietários de sistemas fotovoltaicos. Assim, iremos explorar as características do desenho dessa política para identificar os efeitos causais do incentivo fiscal sobre o número de instalações residenciais da tecnologia. Agregaremos informações de várias fontes de dados com um conjunto de dados administrativos da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Com base nos efeitos estimados, investigaremos o custo e os benefícios econômicos e ambientais gerados pelo programa. Esse estudo é o primeiro a analisar o efeito causal entre impostos e a adoção de sistemas solares fotovoltaicos no Brasil. Compreender essa relação pode auxiliar governos nacionais e regionais a definir estratégias para atingir as suas metas de política econômica e ambientais.

Uma das tecnologias de energias renováveis que vem sendo bastante explorada internacionalmente é a de Plantas CSP (Concentrated Solar Power). Nestas plantas a concentração da radiação solar é aproveitada para gerar calor e, com esta energia térmica, gerar eletricidade e aproveitamento térmico em cogeração. No entanto, a falta de continuidade da radiação solar e o elevado custo da eletricidade produzida por centrais CSP, são duas barreiras significativas que comprometem uma maior implantação comercial. Há muitos fatores que podem contribuir para alcançar a redução do custo exigido, enquanto a aplicação da relação custo-benefício de sistemas de hibridização de energia térmica ainda é o ponto chave para superar a descontinuidade da radiação solar, porque esses sistemas permitirão a produção de eletricidade quando a radiação solar não está disponível. A melhor despachabilidade da planta, isto é, a capacidade da central CSP para atender o perfil da demanda de eletricidade, seria assim alcançada. Em centrais de tecnologia CSP o bloco onde a energia térmica é convertida em energia elétrica, o chamado bloco de potência, agrega um sistema que faz a conversão da energia térmica em energia mecânica para a posterior geração de energia elétrica, com cogeração de calor, e a Solinova desenvolveu um bloco de potência híbrido para plantas CSP. Comumente se aplicam turbinas a vapor ou a gás como equipamentos de conversão de energia térmica, mas o projeto que a Solinova desenvolveu está focado em aplicações para a agroindústria e os agronegócios pequenos e médios, e optamos pela utilização de motor a vapor como equipamento conversor de energia térmica em mecânica. Turbinas a vapor, ou a gás, tem manutenção mais cara e muito mais especializada do que motores a vapor, podendo ser feita por pessoal menos qualificado e que tenha experiência em motores a explosão. Turbinas a vapor requerem uma quantidade e qualidade de vapor que só se consegue com equipamentos apropriados para a produção de enormes quantidades de vapor a alta pressão e temperatura exigindo, mais uma vez, mão de obra especializada e cara, com requisitos de trabalho em caldeiras e fornalhas com atendimento às normas de segurança de vasos de pressão e suas respectivas certificações. Projetado para receber vapor à pressão de 20 bar, o motor opera com maior eficiência, o gerador de vapor se integra às variações de radiação solar e o resultado é um conjunto extremamente versátil para aplicações em agroindústrias que se utilizem de calor e eletricidade em processos produtivos tais como laticínios, frigoríficos, matadouros, secagem de grãos e ervas, folhas, e sementes, processamentos de óleos, criações de animais, aves etc., podendo ser acopladas a sistemas de tratamento de água, dessalinização, tratamento de efluentes e uma imensa gama de aplicações. (AU)

O aluno de Iniciação Científica irá colaborar com os pesquisadores do projeto 70 do FAPESP-Shell Centro de Pesquisa para a Inovação de Gases de Efeito Estufa da POLI-USP na Universidade de São Paulo. Resumo do programa e os projetos podem ser encontrados no site da RCGI (http://www.rcgi.poli.USP.br/).O objetivo geral do projeto 70 é o domínio da compreensão da formação e mudança de percepções, atitudes, resistência e outras características subjetivas da população brasileira relacionada às questões de clima e tecnologias para energia mais limpa. (AU)

O aluno de Iniciação Científica irá colaborar com os pesquisadores do projeto 70 do FAPESP-Shell Centrode Pesquisa para a Inovação de Gases de Efeito Estufa da POLI-USP na Universidade de São Paulo.Resumo do programa e os projetos podem ser encontrados no site da RCGI (http://www.rcgi.poli.USP.br/).O objetivo geral do projeto 70 é o domínio da compreensão da formação e mudança de percepções,atitudes, resistência e outras características subjetivas da população brasileira relacionada às questões de clima e tecnologias para energia mais limpa. (AU)