{"id":2140,"date":"2019-11-06T17:08:25","date_gmt":"2019-11-06T20:08:25","guid":{"rendered":"http:\/\/cine.org.br\/?p=2140"},"modified":"2019-11-06T17:08:28","modified_gmt":"2019-11-06T20:08:28","slug":"ciencia-computacional-transforma-pesquisa-de-novos-materiais-para-producao-e-armazenamento-de-energia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cine.org.br\/en\/ciencia-computacional-transforma-pesquisa-de-novos-materiais-para-producao-e-armazenamento-de-energia\/","title":{"rendered":"Ci\u00eancia Computacional transforma pesquisa de novos materiais para produ\u00e7\u00e3o e armazenamento de energia"},"content":{"rendered":"\n<p><em>Ferramentas permitem compreender rela\u00e7\u00e3o entre estrutura e propriedades, visando aplica\u00e7\u00f5es em energia solar, novas baterias e capacitores e cat\u00e1lise, dentre outras<\/em><\/p>\n\n\n\n<p>Na pesquisa que busca solu\u00e7\u00f5es para a transi\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica de uma sociedade baseada em combust\u00edveis f\u00f3sseis para um modelo sustent\u00e1vel, um dos principais desafios \u00e9 o desenvolvimento de novos materiais para a convers\u00e3o, armazenamento e transporte de energia. Nesse processo, a colabora\u00e7\u00e3o entre estudos experimentais e a Ci\u00eancia Computacional de Materiais e Qu\u00edmica, fundamentada em princ\u00edpios te\u00f3ricos da F\u00edsica e Qu\u00edmica, tem revolucionado a investiga\u00e7\u00e3o, descoberta e s\u00edntese desses novos materiais. No Centro de Inova\u00e7\u00e3o em Novas Energias (CINE), centro de pesquisa em Engenharia apoiado pela Funda\u00e7\u00e3o de Amparo \u00e0 Pesquisa do Estado de S\u00e3o Paulo (Fapesp) e pela Shell, esses avan\u00e7os acontecem pela atua\u00e7\u00e3o da divis\u00e3o de pesquisa chamada de \u201cCi\u00eancia Computacional de Materiais e Qu\u00edmica\u201d (CMSC), coordenada por Juarez Lopes Ferreira da Silva, docente do Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos (IQSC) da Universidade de S\u00e3o Paulo (USP).<\/p>\n\n\n\n<p>A Qu\u00edmica\/Mec\u00e2nica Qu\u00e2ntica \u00e9 a teoria que permite a compreens\u00e3o do comportamento da mat\u00e9ria na escala at\u00f4mica, na qual o movimento dos el\u00e9trons e n\u00facleos definem o comportamento da mat\u00e9ria. Para o desenvolvimento de novos materiais, com as propriedades desejadas (el\u00e9tricas, magn\u00e9ticas, de estabilidade termodin\u00e2mica, dentre outras), \u00e9 fundamental compreender a rela\u00e7\u00e3o entre a estrutura do material e suas propriedades e, nesse sentido, as ferramentas computacionais podem ser empregadas de dois modos distintos: na compreens\u00e3o das propriedades de materiais j\u00e1 obtidos experimentalmente ou na previs\u00e3o de propriedades de materiais ainda inexistentes.<\/p>\n\n\n\n<p>\u201cQuando j\u00e1 h\u00e1 resultados experimentais indicando as propriedades de um determinado material, a Ci\u00eancia Computacional permite compreender a rela\u00e7\u00e3o dessas propriedades com a estrutura at\u00f4mica daquele material, ou seja, explicar a origem daquelas propriedades. Al\u00e9m disso, \u00e9 poss\u00edvel explorar e prever as propriedades de classes de materiais dif\u00edceis de serem sintetizados em laborat\u00f3rio. Com isso, a Ci\u00eancia Computacional pode ajudar os pesquisadores a direcionarem seus esfor\u00e7os \u00e0s classes de materiais mais promissores para uma determinada aplica\u00e7\u00e3o\u201d, detalha o pesquisador do IQSC. \u201cQuando voc\u00ea compreende a rela\u00e7\u00e3o entre estrutura e propriedades, voc\u00ea tem a possibilidade de desenvolver materiais com as propriedades que deseja\u201d, complementa.<\/p>\n\n\n\n<p>O coordenador da Divis\u00e3o destaca que a composi\u00e7\u00e3o da equipe de pesquisadores buscou combinar diferentes compet\u00eancias, e que \u00e9 essa complementaridade que permite a abordagem de uma diversidade de problemas, envolvendo, por exemplo, desde o n\u00edvel do el\u00e9tron at\u00e9 propriedades macrosc\u00f3picas. No total, s\u00e3o 12 pesquisadores principais, da pr\u00f3pria USP, da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e das universidades federais do ABC (UFABC) e de S\u00e3o Paulo (Unifesp), al\u00e9m de graduandos, p\u00f3s-graduandos e p\u00f3s- doutorandos, das \u00e1reas de F\u00edsica, Qu\u00edmica e Ci\u00eancia da Computa\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Projetos<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>A divis\u00e3o de Ci\u00eancia Computacional de Materiais e Qu\u00edmica do CINE \u00e9 respons\u00e1vel por cinco projetos de pesquisa. Dois deles est\u00e3o relacionados \u00e0 busca de novos nanomateriais para aplica\u00e7\u00e3o em cat\u00e1lise, visando rea\u00e7\u00f5es de convers\u00e3o de metano e de di\u00f3xido de carbono (CO 2 ) em outros produtos, mais valiosos economicamente e\/ou interessantes ambientalmente. O metano, por exemplo, pode ser convertido em metanol, e o CO 2 em \u00e1cido ox\u00e1lico, dentre in\u00fameras outras possibilidades. O coordenador da Divis\u00e3o conta que um dos materiais com os quais t\u00eam trabalhado s\u00e3o part\u00edculas de metais de transi\u00e7\u00e3o contendo somente alguns nan\u00f4metros.<\/p>\n\n\n\n<p>\u201cQuando reduzimos o tamanho das part\u00edculas, uma s\u00e9rie de par\u00e2metros \u2013 n\u00famero de \u00e1tomos, sua posi\u00e7\u00e3o, n\u00famero de el\u00e9trons, dentre outros \u2013 alteram as propriedades do material em rela\u00e7\u00e3o \u00e0s propriedades macrosc\u00f3picas. Quando conseguimos estabilizar o tamanho e ter controle da rela\u00e7\u00e3o entre estrutura e propriedades, podemos desenvolver materiais com um mesmo elemento mas propriedades muito distintas. No caso dos chamados nanocatalisadores, o que se tem conseguido obter \u00e9 sistemas mais eficientes que os sistemas macrosc\u00f3picos\u201d, detalha. Em 2019, esses estudos j\u00e1 resultaram em alguns artigos que relatam resultados preliminares, relativos ao entendimento desses materiais, e ao menos outros dois ainda devem ser publicados, j\u00e1 mais pr\u00f3ximos da aplica\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<p>Um outro projeto investiga materiais (calcogenetos bidimensionais, perovskitas e materiais org\u00e2nicos) para c\u00e9lulas fotovoltaicas e tamb\u00e9m j\u00e1 levou a publica\u00e7\u00f5es neste ano. Uma das linhas de pesquisa, em colabora\u00e7\u00e3o com a divis\u00e3o de Portadores Densos de Energia do CINE, partiu de resultados experimentais de an\u00e1lise de perovskitas (classe de materiais caracterizados por estruturas cristalinas espec\u00edficas) para avan\u00e7ar, com o apoio das ferramentas computacionais, na compreens\u00e3o das rela\u00e7\u00f5es entre estrutura e propriedades. \u201cEste trabalho conjunto, que combina a parte experimental com a simula\u00e7\u00e3o computacional, leva a uma compreens\u00e3o mais s\u00f3lida daquilo que se est\u00e1 estudando. O objetivo \u00e9 compreender porque essa classe de materiais tem determinadas propriedades para poder ajustar essas propriedades na dire\u00e7\u00e3o pretendida. Nesse sentido, existem informa\u00e7\u00f5es que podemos calcular usando a Qu\u00edmica Qu\u00e2ntica que n\u00e3o s\u00e3o acess\u00edveis do ponto de vista experimental, e existem medidas experimentais muito dif\u00edceis de serem obtidas computacionalmente\u201d, explica Juarez. \u201cNo caso da perovskita, \u00e9 preciso, por exemplo, proteg\u00ea-la da umidade na c\u00e9lula solar e, para isso, precisamos encontrar materiais adequados. Outra necessidade \u00e9 substituir o chumbo utilizado tradicionalmente nessas c\u00e9lulas, por causa da toxicidade, e precisamos achar materiais que o substituam mantendo as mesmas propriedades. Quando voc\u00ea est\u00e1 na fase de desenvolvimento de um material para uma determinada aplica\u00e7\u00e3o tecnol\u00f3gica, \u00e0s vezes o material ainda n\u00e3o tudo que \u00e9 preciso para a aplica\u00e7\u00e3o final, e por isso s\u00e3o necess\u00e1rios os ajustes\u201d, conclui.<\/p>\n\n\n\n<p>Um quarto projeto diz respeito a materiais para baterias e capacitores mais eficientes e\/ou baratos que os atuais e o quinto ao desenvolvimento de novos algoritmos de aprendizagem de m\u00e1quina para a \u00e1rea de Materiais. Ambos tamb\u00e9m j\u00e1 resultaram em publica\u00e7\u00f5es, e todas elas podem ser conferidas no site do CINE, em cine.org.br. No site, tamb\u00e9m h\u00e1 v\u00e1rias outras informa\u00e7\u00f5es sobre todas as divis\u00f5es do Centro, como a identifica\u00e7\u00e3o dos pesquisadores, institui\u00e7\u00f5es envolvidas e as not\u00edcias mais recentes, dentre outras.<\/p>\n\n\n\n<p>Foto: Estruturas de nanoclusters contendo 55-\u00e1tomos obtidas com Qu\u00edmica Qu\u00e2ntica Computacional pelo grupo coordenado por Juarez L. F. da Silva (Cr\u00e9dito: QTNano)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Ferramentas permitem compreender rela\u00e7\u00e3o entre estrutura e propriedades, visando aplica\u00e7\u00f5es em energia solar, novas baterias e capacitores e cat\u00e1lise, dentre outras Na pesquisa que busca solu\u00e7\u00f5es para a transi\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica de uma sociedade baseada em combust\u00edveis f\u00f3sseis para um modelo sustent\u00e1vel, um dos principais desafios \u00e9 o desenvolvimento de novos materiais para a convers\u00e3o, armazenamento e transporte de energia. 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