O PRH-ANP na UFABC atua na vanguarda da pesquisa em Hidrogênio como vetor energético estratégico para a transição rumo a uma matriz mais limpa e sustentável. A partir de uma abordagem interdisciplinar, nossas linhas de pesquisa exploram novos materiais e processos avançados, conectando ciência de alto nível aos desafios reais enfrentados pelo Setor.
A produção de hidrogênio de forma eficiente e ambientalmente sustentável é uma das frentes estratégicas de pesquisa no PRH-ANP UFABC. Nosso foco está na investigação e otimização de múltiplas rotas tecnológicas, com ênfase na redução de emissões e no aproveitamento de recursos renováveis.
Entre os principais processos estudados, destaca-se a eletrólise da água, especialmente em sistemas alimentados por energia solar, que permite a produção de hidrogênio de alta pureza com zero emissão direta de carbono. Nessa linha, investigamos o desempenho de eletrodos à base de materiais avançados, como óxidos condutores, perovskitas e metais de transição dopados, visando aumentar a eficiência eletroquímica e reduzir custos operacionais.
Outro eixo de pesquisa envolve a reforma catalítica de hidrocarbonetos leves (como metano) e de compostos oxigenados (como etanol e glicerol), com atenção especial para a integração de tecnologias de captura e armazenamento de carbono. Trabalhamos no desenvolvimento de catalisadores multifuncionais baseados em metais nobres e não nobres, suportes cerâmicos nanoestruturados e sistemas bifásicos, capazes de operar em condições mais brandas e com maior seletividade para H₂.
Além disso, exploramos rotas termoquímicas avançadas, como ciclos de óxidos metálicos e gasificação de biomassa. Essas abordagens visam integrar a produção de hidrogênio à valorização de resíduos orgânicos e fontes alternativas de carbono.
Nosso diferencial está na aplicação de técnicas modernas de caracterização de materiais e modelagem de reações catalíticas, permitindo a correlação entre estrutura e atividade catalítica.
O PRH-ANP UFABC desenvolve pesquisas em células a combustível com foco em desempenho, durabilidade e viabilidade econômica, contribuindo para o avanço de tecnologias limpas e eficientes de geração de energia. Estudamos em especial as células a combustível de óxido sólido (SOFC), uma das tecnologias mais promissoras para aplicações tanto estacionárias quanto móveis.
Nosso Programa investiga desde o desenvolvimento de materiais com elevada performance eletroquímica e resistência à corrosão, até a modelagem e testes de novos dispositivos. Estamos particularmente envolvidos em projetos voltados ao uso de etanol como combustível em SOFCs, uma alternativa estratégica para o Brasil, por sua disponibilidade e sinergia com o setor de biocombustíveis. Essa tecnologia tem despertado o interesse de grandes montadoras e poderá viabilizar a eletrificação de veículos a partir de uma fonte renovável nacional.
Outro eixo de pesquisa em expansão é a aplicação de SOFCs em reatores para a conversão de metano (gás natural) em produtos de alto valor agregado para a indústria petroquímica, promovendo uma integração entre o setor de energia e o de transformação química com potencial impacto industrial.
O armazenamento eficiente e seguro de hidrogênio é um dos principais desafios tecnológicos para sua ampla adoção como vetor energético, viabilizando seu uso em larga escala como fonte de energia limpa. O PRH-ANP UFABC foca no desenvolvimento e otimização de materiais sorventes sólidos e hidretos metálicos, capazes de armazenar hidrogênio em condições viáveis de temperatura e pressão, com alta densidade energética. A engenharia de nanomateriais e compósitos híbridos é uma de nossas temáticas e permite ganhos significativos na capacidade de armazenamento e na taxa de liberação de hidrogênio. Além disso, utilizamos técnicas modernas de processamento de materiais, que permitem o controle refinado da microestrutura, promovendo a formação de grãos ultrafinos, interfaces ativas e fases metaestáveis com propriedades otimizadas para aplicações energéticas.
A inovação na produção sustentável de biocombustíveis tem se consolidado como alternativa estratégica aos combustíveis fósseis. O bioetanol, especialmente o produzido a partir de gramíneas como a cana-de-açúcar, é um dos protagonistas desse processo no Brasil, graças à sua capacidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa e fomentar o desenvolvimento regional.
Entretanto, a escassez hídrica tem se mostrado um fator crítico para a produtividade das culturas energéticas, impactando diretamente a produção de etanol em larga escala.
Uma das estratégias biotecnológicas mais promissoras para aumentar a resiliência de culturas energéticas ao estresse hídrico é a inserção de genes que favoreçam o acúmulo de polióis, composto que contribui para a manutenção da integridade celular durante períodos de desidratação. No âmbito do PRH-ANP UFABC, grupos de pesquisa vêm avançando nessa área utilizando a Setaria viridis como planta modelo. Com genoma sequenciado, ciclo de vida curto e fácil manipulação genética, essa gramínea é ideal para estudos de engenharia genética aplicada à tolerância ao estresse abiótico.
Os resultados obtidos com a superexpressão de genes específicos têm se mostrado promissores, abrindo caminho para a transferência dessa tecnologia para culturas de maior interesse comercial, como a cana-de-açúcar. Essa abordagem pode fortalecer significativamente a cadeia produtiva do bioetanol, tornando-a mais resiliente, sustentável e eficiente, com benefícios diretos para a segurança energética e a mitigação dos impactos ambientais.
Além disso, o PRH-ANP UFABC também pode atuar de forma estratégica na proposição de novos materiais e no desenvolvimento de processos avançados voltados à produção de biocombustíveis, contribuindo com soluções tecnológicas que ampliam a eficiência e sustentabilidade da cadeia produtiva. Das diversas frentes com aplicação direta na produção de bioetanol, destacamos: i) o uso de catalisadores heterogêneos de alta seletividade para otimizar reações de hidrólise e fermentação, etapas críticas na conversão de biomassa lignocelulósica em etanol de segunda geração; ii) aplicação de membranas seletivas, baseadas em materiais híbridos (orgânico-inorgânicos), projetadas para processos de purificação e separação de etanol de misturas aquosas; iii) nanomateriais funcionais e sistemas multifásicos, estudados para melhorar o rendimento de conversão térmica e bioquímica da biomassa, além de viabilizar reações integradas em biorreatores contínuos.
Atuamos com tecnologias emergentes e de alto impacto, com foco na melhoria da eficiência e viabilidade de sistemas que convertem a luz solar em eletricidade, especialmente por meio da aplicação de nanomateriais avançados. Além dos estudos experimentais, investimos na compreensão aprofundada dos fenômenos envolvidos por meio de cálculos teóricos baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e dinâmica molecular, promovendo uma abordagem integrada entre teoria e prática no desenvolvimento de novos dispositivos fotovoltaicos.
Uma das linhas de destaque é o estudo de células solares de perovskitas (PSCs), materiais que vêm revolucionando o setor pela sua alta eficiência e baixo custo de produção. Nossas pesquisas buscam entender os mecanismos fundamentais de recombinação e dinâmica de cargas nas interfaces desses dispositivos, utilizando técnicas avançadas de caracterização. O conhecimento gerado permite otimizar tanto o desempenho quanto a estabilidade dos dispositivos, além de embasar o desenvolvimento de novas arquiteturas fotovoltaicas.
Paralelamente, investigamos heteroestruturas 3D/2D baseadas em perovskitas híbridas haleto, que mostram resultados promissores na melhoria da coleta de luz e na durabilidade dos dispositivos. A integração de filmes nanoestruturados tridimensionais com estruturas lamelares bidimensionais cria um ambiente altamente eficiente para a separação e transporte de cargas.
Outra área em expansão são as células solares orgânicas. Pesquisamos sistemas doadores-aceitadores com foco em aceitadores não-fulereno, que superam as limitações dos dispositivos tradicionais, oferecendo melhor absorção óptica, maior estabilidade e maior potencial de eficiência. A abordagem abrange desde o design molecular até a caracterização estrutural e fotoelétrica de novos dispositivos.
Além da conversão de luz em eletricidade, investigamos também a conversão da energia solar em energia química, através de processos inspirados na fotossíntese natural. A fotossíntese artificial busca gerar combustíveis solares como hidrogênio e metano a partir da luz solar e CO₂. Utilizamos para tanto semicondutores, sistemas híbridos com corantes fotossensibilizadores e resinas catiônicas, além de catalisadores supramoleculares, com o objetivo de melhorar a eficiência e seletividade das reações.
Esta linha temática concentra-se na modelagem teórica e simulação multiescala de materiais emergentes aplicados a processos de conversão e armazenamento de energia. Utilizando recursos de computação de alto desempenho, são investigadas interfaces sólido-líquido em nível atômico, essenciais para reações catalíticas, como a evolução do hidrogênio, além do estudo de perovskitas híbridas voltadas ao desenvolvimento de células solares de última geração. O projeto integra métodos clássicos e quânticos, como cálculos de primeiros princípios e dinâmica molecular, para a compreensão e o design racional de novos materiais.
