Por Mariana Lanfranco

Lucía Toscani es docente del Instituto de Investigación e Ingeniería Ambiental (3iA) e investigadora del CONICET en la Escuela de Ciencia y Tecnología (ECyT) de la UNSAM. Doctora en Ingeniería por la Universidad de Buenos Aires, esta semana fue distinguida con el premio LNLS UG PhD Thesis Award, que destaca tesis sobresalientes basadas en experiencias realizadas en el Laboratorio Brasileño de Luz Sincrotrón (LNLS). “El sincrotrón es un acelerador de electrones”, explica Toscani. “Se trata de un equipo que permite realizar estudios en diversas áreas de la ciencia para estudiar la interacción de la luz sincrotrón —una radiación con muy alta energía y características muy particulares— con la materia.”

En la actualidad, en América del Sur solo existe un sincrotrón, situado en Campinas (Brasil). Durante su trabajo de tesis doctoral, Lucía viajó en cinco oportunidades a Campinas para realizar experimentos con el acelerador de partículas. “Una vez por semestre, desde el LNLS se abre la convocatoria para proponer proyectos o desafíos de investigación”, contó. “Las propuestas son evaluadas por un comité que publica un ranking, en función del cual se otorgan turnos para las mediciones. Poder utilizar el sincrotrón fue fundamental para mi trabajo porque tuve acceso a información que no se puede obtener con un equipo de laboratorio.”

Lucía aclara que las técnicas basadas en luz sincrotrón son muy poderosas y sumamente valiosas para los campos de la ciencia y la ingeniería de los materiales. “Estas mediciones me permitieron evaluar el comportamiento de los materiales que desarrollé en condiciones similares a las de operación (con hidrógeno y metano, y usando diferentes temperaturas de operación) y correlacionar lo que sucedía a nivel atómico en el material con los resultados de performance que yo observaba en mis estudios de laboratorio”, detalló.

Su tesis “Estudio catalítico y electrocatalítico de nanomateriales basados en óxido de cerio como ánodos de celda de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia” obtuvo la calificación Sobresaliente, Summa Cum Laude en la Universidad de Buenos Aires en 2019.  Fue dirigida por Susana Larrondo, decana del 3iA y codirigida por Diego Lamas, investigador y docente de la ECyT. La tesis fue desarrollada en el marco de una beca del CONICET en los laboratorios del DEINSO de CITEDEF y de la Unidad Ejecutora UNIDEF.

Poco después, Lucía realizó un posdoctorado en el Centro Atómico de Bariloche, en el Departamento de Caracterización de Materiales. Su línea de investigación está basada en la caracterización de materiales y la observación del comportamiento en condiciones cercanas a las de operación (temperatura y gases) mediante la utilización de herramientas con luz sincrotrón. “De esta manera, es posible ver qué le pasa a los materiales, cómo evolucionan en el tiempo y con el uso, y entender cómo mejorarlos y cómo encarar el diseño en función de estos resultados”, explicó.

Lucía Toscani junto a Susana Larrondo y Diego Lamas

Acerca del premio

El premio es otorgado por el Comité de Usuarios del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón, luego de un análisis de las tesis presentadas y de una exposición oral de lxs candidatxs preseleccionadxs. “Apliqué al premio junto con otros 23 participantes de América Latina y envié mi tesis, las publicaciones que surgieron a partir de la misma y una explicación detallada de cómo mi trabajo en el sincrotrón de Brasil impactó en el desarrollo y en los resultados de mi trabajo”, detalló Lucía. De lxs 8 finalistas seleccionadxs —quienes tuvieron una instancia de presentación de los principales resultados de sus tesis vinculados con las mediciones realizadas en el sincrotrón—, Lucía fue la ganadora del premio. El resultado se anunció el 11 de noviembre.

“Creo que es un reconocimiento a un gran trabajo de varias campañas de medición en el sincrotrón. Susana y Diego, mis directores, también tienen gran mérito en este premio”, destacó la  investigadora. Hoy Lucía se desempeña como investigadora asistente del CONICET en la ECyT-UNSAM y como JTP de la materia Fenómenos del Transporte de la Ingeniería Ambiental de la UNSAM.

La tesis de Lucía

El desarrollo y la implementación de la tecnología de celdas de combustible de óxido sólido han impulsado la investigación y el desarrollo en el área de ciencia de materiales con miras a reducir la temperatura de operación de los dispositivos ya existentes. Esto permitiría reducir sus costos de fabricación e incrementar su vida útil. La tecnología SOFC presenta numerosas ventajas frente a las predominantes actualmente ya que la generación de energía es mucho más eficiente y genera menos emisiones por kWh generado. Además, es una tecnología modular y sumamente flexible en cuanto al combustible que puede ser utilizado. En particular, se destaca su operación con gas natural y con combustibles de origen renovable como hidrógeno, biogás, bioetanol, entre otros. Por lo tanto, el foco de esta tesis está puesto en el desarrollo de nuevos materiales de ánodo con actividad catalítica, electrocatalítica y resistencia a la desactivación por formación de carbono (C) cuando se usan combustibles basados en C como el biogás o el bioetanol.

En este trabajo se desarrollaron nuevos materiales nanoestructurados basados en óxido de cerio (CeO₂) con conductividad iónica-electrónica para mejorar la cinética de las reacciones de electrodo y así poder operar en el rango de temperaturas intermedio: 500-750°C. Se ensayaron distintos métodos de síntesis y se evaluó su actividad catalítica y electrocatalitítica utilizando distintos combustibles (H₂, CH₄, CH₄:CO₂). Asimismo, se estudió su estabilidad morfológica y estructural en condiciones de operación y se fabricaron y ensayaron celdas botón obteniendo buenos valores de potencia en operación directa con metano. Para el desarrollo de esta tesis fue fundamental el uso de técnicas de caracterización avanzadas como las que se llevan a cabo con luz sincrotrón. Estas técnicas permitieron evaluar en condiciones de operación el comportamiento de los materiales a nivel atómico y determinar de qué manera las mejoras implementadas repercutieron en la performance de los materiales sintetizados.