Stefano Passerini Armazenamento de energia renovável em tempo há muito tempo

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Stefano Passerini: Armazenamento de energia renovável em
tempo há muito tempo
Comemorando “10 anos de Pesquisa em Materiais de Energia Avançada”, conversamos com Stefano
Passerini, diretor da HIU sobre sua carreira, sobre as tendências da ciência das baterias e como Dante
influenciou seu desenvolvimento.
Stefano Passerini, professor do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe e diretor do Instituto Helmholtz Ulm,
trabalha no desenvolvimento de materiais e sistemas para armazenamento de energia eletroquímica há
mais de 30 anos. Com fortes contatos com a indústria, sua pesquisa se concentra na compreensão
fundamental e no desenvolvimento de materiais para baterias de lítio, como líquidos iônicos, eletrólitos
de polímeros e materiais de eletrodos.
Qual é a sua formação científica?
Cientificamente, cresci na Universidade de Roma. Em meados de 1983 I graduou-se em química
defendendo uma tese experimental de diploma sobre espectroscopia infravermelha. Alguns meses
depois, minha filha nasceu e eu decidi cuidar dela, embora isso fosse incomum na Itália naquela época.
Após este período incrível, no entanto, eu queria voltar ao ambiente científico. Em janeiro de 1986,
juntei-me à equipe de pesquisa do professor Scrosati, um dos pais das baterias de íons de lítio, para
desenvolver dispositivos eletrocrômicos dentro de um projeto financiado pela 3M Itália. Depois [que, em
1988] trabalhei como cientista no ramo de pesquisa da empresa petrolífera italiana ENIRICERCHE. Eu
sempre tive o desejo de ir para uma carreira acadêmica. Assim, em 1989, entrei mais uma vez no grupo
de Prof. Scrosati para realizar meus estudos de doutorado. Em 1993, fui para a Universidade de
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Minnesota, nos Estados Unidos, pela minha primeira experiência internacional como assistente de pós-
doutoramento e assistente de pesquisa depois.
Quem são seus modelos / influências mais precoces ou as pessoas que podem ter encorajado /
inspirado você a entrar em um campo STEM desafiador?
O meu pai, em primeiro lugar. Apesar de ser o proprietário de uma cafeteria em Roma, ele foi bem
educado antes da Segunda Guerra Mundial. Ele tinha uma cultura profunda e sempre me estimulou a
aprender mais.
Cientificamente falando, o professor Scrosati foi meu modelo para sua abordagem de pesquisa e ciência
e, mais ainda, sua consciência das relações sociais no trabalho de pesquisa. Ele sempre cuidou das
relações dentro do grupo e sempre deu confiança e espaço aos jovens, mesmo que eles viessem de
diferentes áreas de pesquisa (spectroscopist), como eu. Sua humanidade, determinação e amor por seu
trabalho foram uma fonte de inspiração durante a minha carreira e são modelos que eu ainda sigo.
Além disso, duas frases famosas influenciaram meu desenvolvimento.
O primeiro com o que entrei em contato é no poema Inferno de Dante Alighieri. No dia 26, há uma
declaração muito famosa de Odisseu: “Amorte la vostra contraenza. Fatti non foste per viver come bruti
ma pere seguir virtute e canoscenza. (“Considere a sua origem: você não foi feito para viver como
brutos, mas para seguir a virtude e o conhecimento.”)
A segunda frase é escrita na Aula Magna do Edifício de Química da Universidade de Roma “La
Sapienza”. É de Leonardo da Vinci: “Tristo é quel discepolo che non non il proprio Maestro”. “Pobre é o
discípulo que não excede o seu Mestre.” Eu ainda estou trabalhando nisso. Mas não é um desafio fácil.
O que o excita sobre o seu trabalho?
Os desafios, especialmente os que têm comigo mesmo. Descubra e compreenda novos materiais, novos
sistemas. Propor o que ainda não foi proposto ou desenvolver conceitos já propostos, aproximando-os o
mais próximo possível de uma aplicação real. A pesquisa científica é um desafio incrível, mas o que eu
acho mais gratificante é a possibilidade de vincular a ciência com aplicação prática.
Quais foram os desafios que você enfrentou durante sua carreira? Que conselho você daria ao
seu eu mais jovem ou novos pesquisadores entrando no campo / como as coisas poderiam ser
melhoradas para evitá-las?
O primeiro desafio que tive que enfrentar ocorreu logo após a minha graduação. Na verdade, no início
dos anos 80, ocorreu a queda da indústria química italiana. Além disso, naqueles anos o curso de Ph.D.
ainda não existia. Eu estava perdido: eu não podia continuar a fazer pesquisa e não consegui encontrar
um emprego adequado para o meu caminho educacional. Então, decidi cuidar da minha filha recém-
nascida. Essa foi uma das melhores decisões que tomei na minha vida. Depois, tive a oportunidade de
voltar ao campo da pesquisa científica graças ao Professor Scrosati e uma bolsa de estudos oferecida
pela 3M Italia.
Lamento dizer que os próximos desafios sempre estiveram relacionados com a falta de interesse na
investigação científica em Itália, que me levou a mudar para o estrangeiro, primeiro para os Estados
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Unidos, depois para a Alemanha, depois para uma época intermédia, não cientificamente interessante,
em Itália.
Eu aconselharia os jovens pesquisadores a não tomar atalhos: eles nunca trabalham a longo prazo.
Tente estudar em grupos ativos ou de alto perfil. Trabalhe duro e seja sempre muito rigoroso do ponto de
vista científico: um erro ou um descuido pode ir com você para o resto de sua carreira. Mas, acima de
tudo, aconselho todos os pesquisadores e qualquer pessoa que queira permanecer no caminho
acadêmico para passar períodos no exterior entrem em contato com diferentes mentalidades e
abordagens.
O que você diria que foi sua contribuição mais impactante para o seu campo e o que você espera
que seja seu legado?
Do ponto de vista científico, contribuí fortemente para o desenvolvimento de líquidos iônicos como tal e
integre-os em matrizes poliméricas em dispositivos eletroquímicos, especialmente baterias.
Do ponto de vista mais prático, foi uma atividade realizada na década de 1990, quando eu estava nos
EUA. Dentro da minha cooperação com [indústria], participei do desenvolvimento de aparelhos auditivos
recarregáveis sem fio, fazendo uso de baterias de íons de lítio. Nós estávamos muito orgulhosos deste
desenvolvimento tecnológico. Ainda me lembro de como era difícil produzir as primeiras 100 células à
mão. Mas o resultado foi incrível. Os aparelhos auditivos duravam mais de um dia e eram recarregados
durante a noite. No momento, porém, essa tecnologia não foi aceita pelos produtores de aparelhos
auditivos nem pelos produtores de baterias. Recentemente, no entanto, esses dispositivos se tornaram
muito comuns. Os aparelhos auditivos recarregáveis estão ajudando as pessoas com perda auditiva,
enquanto os fones de ouvido sem fio foram amplamente adotados em eletrônicos portáteis.
Agora estou me concentrando no desenvolvimento de baterias ambientalmente sustentáveis e espero
que esse seja o meu legado e que seja continuado pelos membros do meu grupo. Considero muito
importante desenvolver materiais e células com baixo impacto ambiental para evitar cair em loops
nocivos.
Que descoberta ou conquista futura você mais gostaria de ver?
Em relação ao meu campo de pesquisa principal, o desenvolvimento de baterias de metal de lítio. Eu [eu
tenho trabalhado] sobre este assunto desde que me juntei ao grupo do professor Scrosati em 1986.
Desenvolver essa química da bateria permitiria atingir os limites do armazenamento de baterias
eletroquímicas, já que o lítio é o elemento mais eletroativo e permite o armazenamento da mais alta
energia em peso. No entanto, ainda precisamos alcançar a segurança total, diminuir o impacto ambiental
e melhorar o desempenho, especialmente à temperatura ambiente. Estou convencido de que tais
melhorias podem ser alcançadas usando eletrólitos de estado sólido, que são o principal assunto de
pesquisa no meu grupo no Instituto Helmholtz Ulm (HIU) em colaboração com, entre outros, Dr. Dominic
Bresser e Dr. Alberto Varzi (em inglês).
Quais tendências na ciência dizem respeito e por quê?
Não me preocupo tanto com qualquer sector científico específico como com o comportamento dos
cientistas envolvidos em áreasde investigação ligadas a enormes interesses comerciais. Em certas
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perspectivas, alguns cientistas podem não estar mais interessados em fazer melhor ciência do que
antes, mas sim em seguir os lucros. Esta competição está levando a comportamentos e excessos que
podem se tornar muito preocupantes. Um cientista deve ser honesto e pronto para admitir erros. No
entanto, num ambiente influenciado por fortes interesses económicos, nem sempre é assim. Essa
tendência acabou nas últimas décadas, ou seja, desde que a academia se envolveu cada vez mais na
melhoria de, no meu campo de pesquisa, baterias. A forte relação entre a academia e a indústria está
enfatizando muito o comportamento de alguns cientistas, que fizeram e ainda fazem promessas nem
sempre apoiadas por estimativas realistas. Só para mencionar um caso, lembro-me de um anúncio
sobre o desenvolvimento de um eletrodo negativo de silício para baterias de íons de lítio aumentando
por um fator de 10 a capacidade de armazenamento de energia de íons de lítio. Este não foi um anúncio
apropriado, uma vez que o aumento de 10 vezes do eletrodo negativo não pode resultar no aumento de
10 vezes da capacidade de armazenamento de energia da célula. Muitos outros casos podem ser
mencionados. Atualmente, vejo um grande risco em relação às promessas feitas em baterias usando
cátions multivalentes.
Você pode comentar brevemente sobre o tópico / pesquisa discutido em seu ensaio Advanced
Energy Materials? Por que você acha que foi uma descoberta tão importante? Quais foram seus
efeitos duradouros em sua pesquisa ou no campo em geral?
No ensaio, escrito com o Prof. Linda Barelli (Universidade de Perugia, Itália) e Dr. Manuel Baumann
(Karlsruhe Institute of Technology), propomos uma abordagem em direção ao armazenamento em larga
escala e de longo prazo (sazonal) de energia renovável, que poderia ser complementar (ou alternativa)
aos sistemas de armazenamento de energia baseados em hidrogênio. Nossa proposta é baseada no
acúmulo de energia em metais reativos, ou seja, aqueles metais que reagem espontaneamente com
água e oxigênio (quimicamente e / ou eletroquimicamente) gerando grandes quantidades de energia. O
artigo concentra-se em dois metais reativos, alumínio e sódio, que são muito abundantes na natureza,
produzidos industrialmente e facilmente implementados na produção de eletricidade. Estes dois
exemplos podem ser tomados como o “extremo” de todos os metais reativos. O sódio pode ser
produzido e usado em dispositivos eletroquímicos (por exemplo, células de combustível alimentadas não
por hidrogênio, mas por sódio metálico). Para o alumínio, o uso ideal passa pela conversão química com
vapor que gera hidrogênio e calor. Ambos podem ser usados para geração de eletricidade, mas também
para aquecimento direto, especialmente nos países nórdicos durante os meses de inverno.
Com o ensaio, gostaríamos de conscientizar os cientistas e os formuladores de políticas sobre a grande
vantagem dos metais reativos, ou seja, a alta densidade de energia volumétrica. Por exemplo,
mostramos que o alumínio pode alcançar eficiência de ida e volta (RTE) igual ou ligeiramente superior
ao hidrogênio, oferecendo uma densidade de energia volumétrica de 10 vezes. Além disso, o alumínio é
mais simples de acumular em todos os lugares sem qualquer infraestrutura. Um campo de futebol
coberto com cinco metros de alumínio corresponde ao armazenamento de energia de 1 TWh. As
necessidades energéticas anuais da Alemanha podem ser armazenadas com menos de 10 % dos
campos de futebol existentes, mesmo utilizando o processo de conversão térmica mencionado no
manuscrito. Desenvolver baterias de alumínio primário de alta potência, ou seja, evitando as
ineficiências dos ciclos térmicos, aumentaria o RTE de um fator até dois. RTEs semelhantes ou até mais
elevados já foram demonstrados em células de laboratório para o armazenamento de energia, fazendo
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uso de processos eletroquímicos de temperatura próxima [...] de acordo com os resultados conjuntos
que alcançamos junto com o grupo de Prof. Kim em UNIST (Coreia do Sul).
De qualquer forma, não importa se o hidrogênio e os metais (possivelmente ou) reativos são a solução
para o armazenamento sazonal de energia, prevejo o grande papel da eletroquímica em contribuir para
o futuro da energia sustentável.
Quais são os seus planos futuros?
Durante os poucos anos que me restinei para trabalhar na HIU antes da aposentadoria, concentrarei
minhas atividades na melhoria da sustentabilidade das baterias para os mercados portátil e EV,
especialmente as baterias de íons de lítio, que provavelmente serão usadas no mínimo nos próximos 15
anos. Em segundo lugar, o desenvolvimento de sistemas de armazenamento sazonais em larga escala
baseados em metais reativos. Especificamente, acredito fortemente na química da água do mar de
sódio, tanto para a produção de sódio (armazenamento de energia) e seu uso posterior para geração de
eletricidade.
Quais são os seus interesses fora do laboratório? Você acha que um equilíbrio entre trabalho e
vida pessoal é importante ou mesmo atingível em sua linha de trabalho?
Eu me divirto em muitas atividades fora do trabalho, embora tenham mudado ao longo dos anos. Mas eu
amo meu trabalho e gosto de fazer meu trabalho. Talvez por isso, por um justo equilíbrio, não esquecer
de regar a imaginação, adoro ler livros imaginativos, visitar museus e exposições de arte.
Em princípio, fora do laboratório, tento ver pessoas não relacionadas ao meu trabalho, para evitar
acabar falando sobre os mesmos tópicos. A maioria dos meus amigos são não-cientistas ou cientistas
em disciplinas bastante distantes.
No entanto, ter um equilíbrio entre a vida privada e o trabalho é importante, mas nem sempre possível: é
um compromisso contínuo. Eu compartilho minhas férias ou meus fins de semana com e-mails de
negócios e meu trabalho como editor do Journal of Power Sources.
Para saber mais sobre o trabalho de Passerini e seu Ensaio sobre o papel potencial dos metais reativos
para uma transição de energia limpa, leia o artigo publicado na Advanced Energy Materials, que faz
parte de uma recente edição virtual “10 anos de pesquisa avançada de materiais energéticos”
celebrando o 10o aniversário da revista.
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202001002
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)1614-6840.10.Years.of.Advanced.Energy.Materials
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