As pesquisas desenvolvidas em terras raras pelo Ipen possui grande reconhecimento, afirma o professor do Ipen, Reginaldo Muccillo. Essas terras raras são de extrema importância na fabricação de materiais cerâmicos para células e combustíveis de óxido sólido.

Em Guarapari, Muccillo exemplifica, encontra-se uma grande quantidade de areia monazítica, que é a areia com elevada concentração de óxidos sólidos. "Várias dissertações e teses foram feitos aqui no Ipen nos últimos 30 anos e o pessoal aqui domina a técnica de separação, no qual você consegue obter os óxidos de terras raras com vários graus de pureza para que possa fornecer para gente e tentar elaborar compostos e fazer a cerâmica", diz Muccillo.

Células combustíveis

Muccillo diz que existem dois tipos de células combustíveis: a polimérica e a de material cerâmico. A segunda possui a vantagem da cogeração, ou seja, ao mesmo tempo que o hidrogênio é injetado de um lado, e do outro pode-se injetar oxigêncio - através do ar - e, assim, produzir energia, a 800°C. Países como EUA e Japão utilizam células de combustível para alimentar suas residências no fornecimento de energia elétrica e para aquecimento de água.

O Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais (CCTM) é a unidade do Ipen que trabalha na busca por materiais cerâmicos que melhor se adaptam para a construção de células combustíveis e de preferência à baixa temperatura - inferiores a 800ºC.

Elevadas temperaturas causam certas limitações em termos de materiais - os componentes podem ter dilatações térmicas diferentes, por exemplo. Assim, eles procuram células que possam trabalhar com temperaturas intermediárias (ITSOFC - Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells), ou seja, entre 400°C e 600°C. "Trabalhamos com materiais cerâmicos que possam, no futuro, trabalhar com temperaturas mais baixas", diz Muccillo. Esses materiais precisam apresentar a mesma condutividade elétrica que os materiais de alta temperatura apresentam, como é o caso do óxido de zircônio.

Uma das pesquisadoras do CCTM está analisando o comportamento da cerâmica galato de lantânio, que possui uma condutividade três vezes maior do que o óxido de zircônio, mas é muito sensível a mudança de temperatura, pois sua estrutura cristalina muda com as variações térmicas. Assim, a pesquisa trata da injeção de aditivos para que essa instabilidade desapareça.

As pesquisas são realizadas, em grande parte, nos laboratórios que foram montados ao longo de 15 anos através do financiamento de projetos da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Neles são montadas, por exemplo, pequenas células de um polegada, aproximadamente. "A célula é composta basicamente por um anodo, catodo e um eletrólito e montamos um sistema que nos permite injetar o hidrogênio de um lado e o ar de outro e permitir assim, a análise do comportamento da célula", relata Muccillo.

Funcionamento de uma célula combustível, como descrito por Muccillo/Reprodução