Alfredo Gontijo de Oliveira Presidente do CETEC/MG

Transcrição

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2 FIEMG/CIEMG Seminário Nova Energia Células Fotovoltáicas A Força da Energia Solar Alfredo Gontijo de Oliveira Presidente do CETEC/MG alfredo@fisica.ufmg.br Física de semicondutores Crescimento de cristais Padrões auto-organizados

3 Um pequeno ponto azul!

4 Estrela engolindo um planeta (Energia renovável)

5 Não podemos determinar o futuro mas podemos propor tendências. Jörgensen

6 Demanda mundial por energia 2100: TW 2050: TW World Energy Demand total TW industrial 5.00 developing US 0.00 ee/fsu Gap energético ~ 14 TW by 2050 ~ 33 TW by 2100

7 Evolution of the world energy consumption (no biomass). Sources : Schilling & Al. (1977), IEA (2002), Observatoire de l'energie (1997).

8 Energia Renovável Solar: 1.2 x 10 5 TW na superfície da Terra (demanda p/2050: ~30TW) Hidroelétrica 4,6 TW (1,6 tecnicamente viável e 0,6 instalada) Eólica 2 a 4 TW (utilizável) Biomassa 5 a 7 TW (0.29% de eficiência para todas as terras cultiváveis não utilizadas para alimentos)

9 Tópicos em Energia Solar Conversão fotovoltáica Fotoeletroquímica Fotoquímica de inspiração Bio Sistemas naturais de fotosíntese Reações fotocatalíticas Bio combustíveis Conversão de calor e utilizações Processos Síntese de materiais Novas ferramentas

10 Desafios Apesar do rápido crescimento, a conversão fotovoltáica é desprezível ainda. Ainda precisaremos esperar por um decréscimo no custo/watt (tecnologia) Encontrar um método efetivo de estocar a energia.

11 Evolution of the world energy consumption (no biomass). Sources : Schilling & Al. (1977), IEA (2002), Observatoire de l'energie (1997).

12 Eu nasci assim, eu cresci assim, eu sou mesmo assim, vou ser sempre assim... Gabriela

13 A única componente estável da natureza é a mudança!

14 Cenário da matriz energética 14

15 Núcleo de Materiais Solares - MATEREA VISÃO GLOBAL - Oferta 1 ExaJ = 0,277 x 10 9 MWh

16 Os ciclos de vida de uma empresa Estudar a fase de reorganização é essencial para entender a dinâmica do mercado Deloitte Touche Tohmatsu

17 Evolução da produção mundial

18 Conversão fotovoltáica e - h +

19 Classificação de Células Solares 1. Silicon-based a. Cristalino (monocristal, policristalino) b. Filme fino (amorfo, microcristalino, etc) 2. Compound-base a. Monocristalino (III-V, GaAs-based, etc) b. Policristalino (CdS, CdTe, CuInGeSe, 2 etc) 3. New material-based a. Dye-sensitized b. Organig thin film c. Quantum dot

20 100 $0.10/W p $0.20/W p $0.50/W p Efficiency % Thermodynamic limit at 1 sun $1.00/W p Shockley - Queisser limit: single junction $3.50/W p Cost $/m 2 competitive electric power: $0.40/W p = $0.02/kWh competitive primary power: $0.20/W p = $0.01/kWh assuming no cost for storage I: bulk Si II: thin film dye-sensitized organic III: next generation

21 Perspectivas para P&D em Células Base Si: REDE SIBRATEC Base compostos: CETEC-UFMG Base polimérica: em construção

22 P&D CEMIG-ANEEL-CETEC Abordagem verticalizada

23 Modelo de Gestão da Rede de PD&I em Fotovoltaica ICTs Aplicação E M P R E S A CTI CB-Solar CETEC Módulo CB-Solar CETEC Padrão Célula CB-Solar CETEC Células tipo-n Wafer CETEC CTI BIPV Células HIT Silício UMG/SG Spin-offs PLANTAS PILOTO TECNOLOGIA CETEC CETEM CETEM Quartzo CETEM Aplicação Integração Pesquisa

24 Uma ruptura? A Facile Route to Polymer Solar Cells with Optimum Morphology Readily Applicable to a Roll-to-Roll Process without Sacrificing High Device Performances Hui Joon Par, Myung-Gyu Kang, Se Hyun Ahn, and L.Jay Guo Ad.Matter. 2010, XX, E1-E7

25 Auto-organização molecular em todas escalas O maior custo da conversão da energia solar está relacionada com materiais e processos de fabricação. Auto-organização é uma rota para se ter uma produção barata, eficiente e funcional. O MUNDO NA ESCALA NANOMÉTRICA Convergência Tecnológica NBICS e Materiais (nano, bio, info, cogno, synthetic bio)

26 Plano de Ação Ciência, Tecnologia e Inovação para o Desenvolvimento Nacional III - P,D&I em Áreas Estratégicas 7. Áreas portadoras de futuro: Biotecnologia e Nanotecnologia 8. Tecnologias da Informação e Comunicação 9. Insumos para a Saúde 10. Biocombustíveis 11. Energia elétrica, hidrogênio e energias renováveis 12. Petróleo, gás e carvão mineral 13. Agronegócio 14. Biodiversidade e recursos naturais 15. Amazônia e Semi-Árido 16. Meteorologia e mudanças climáticas 17. Programa Espacial 18. Programa Nuclear 19. Defesa Nacional e Segurança Pública 26

27 SIBRATEC Sistema Brasileiro de Tecnologia GOVERNANÇA DO SISTEMA Rede de Energia Solar Fotovoltaica 27

28 REDES: SIBRATEC (MCT) & PLASMA (CAPES) 20 ICT s for a de MG Em MG UFMG UFOP UEMG PUC- Minas CEFET (3 unidades) UFSJ Ouro Branco UFV

29 CENTROS DE INOVAÇÃO 1- Microeletrônica 2- Tecnologias Digitais de Comunicação e Informação 3- Manufatura de Partes, Peças e Componentes Eletrônicos 4- Visualização Avançada 5- Tecnologias de Manufatura de Bens de Capital 6- Farmoquímica e Medicamentos 7- Equipamentos e Componentes de uso Médico-Odontológico 8- Bioetanol 9- Tecnologia para o Setor de Transformados Plásticos 10- Tecnologias para Energia Solar Fotovoltaica

30 A REESTRUTURAÇÃO Transformar o CETEC num Centro Tecnológico de terceira ou quarta geração: 1. Múltiplos institutos temáticos públicos 2. Direcionados para o setor privado, a inovação e produtos 3. Inserção globalizada (inovação reversa) 4. Unidades autônomas 5. Institutos organizados como um research park 6. Forte interação com as universidades (RH) 30

31 Ambiente para reestruturação Outros fatores 1. Competitividade assegurada pela incerteza. 2. Processo acelerado com que os produtos são colocados no mercado e são obsoletos. 3. Poderosas ferramentas de controle: versão contemporânea do inquisidor. 4. Paradoxo do controle: controla-se processos. 5. Rainha de copas. 31

32 Ambiente para reestruturação Five Factors Behind Successful 1. A strong science and industry base. 2. The availability of finance. 3. The presence of entrepreneurs. 4. The presence of trust networks at an individual level. 5. The opportunity for collaboration among universities, businesses, and the other organizations. Understanding Research, Science and Technology Parks: global best practices. 32

33 Priorização de Governo 1. Instituto de Energias Renováveis 2. Pólo Aeronáutico 3. Instituto Automotivo 4. Instituto de Metrologia, Ensaios, Avaliação de Conformidade e Parâmetros Ambientais Outros 5. Centro de Excelência da Qualidade da Água 6. Instituto de Prevenção e Remediação de Sinistros e Catástrofes 7. Materiais (de alto valor agregado) 33

34 Eficientização Energética Priorizações no Instituto BIOERG Atuação em REDE FONTES BIOMASSA SOLAR HIDROGÊNIO EÓLICA HIDRÁULICA MODUS OPERANDI MODUS OPERANDI Co-Gera Geração Atuação DIRETA AÇÕES NO CETEC 34

35 COMITÊ GESTOR Gerente Executivo MINAS-BIO Conselho Técnico e Científico RLBIOMG Gestão Tecnológica Inteligência Competitiva Núcleos de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Energia da biomassa Laboratórios: Química da Biomassa Engenharia da Biomassa Energia solar Laboratórios: Fotovoltáica Térmica de alta T Térmica de baixa T Energia do H 2 Laboratórios: Hidrogênio Células de combustível 35

36 Uma planta industrial 50 MW com base em SC compostos 2 a 25 milhões de Euros (depende do grau de automação) Destinação: a. Nichos nobres b. Nichos sociais c. Exportação Oportunidades: instalações.

37 META DE GOVERNO Implantar Clusters avançados em Minas Gerais Exemplos de clusters: 1.Cluster de Materiais Solares 2.Cluster de Materiais Automotivos 3.Cluster de Materiais Aeronáuticos 4.Cluster de Materiais para prevenção de sinistros 5.Cluster de materiais p/ tecnologias ambientais 6.Cluster para materiais p/tecnologias biológicas.

38 OBRIGADO

39 5 Idéias para rupturas Dynamics Open, dynamic, nonlinear systems, far from equilibrium. Closed, static, linear systems in equilibrium. Agents Modeled individually; use inductive rules of thumb to make decisions; have incomplete information; are subject to errors and biases; learn and adapt over time. Modeled collectively; use complex deductive calculations to make decisions; have complete information; make no errors and have no biases; have no need for learning or adaptation (are already perfect).

40 5 Idéias para rupturas Networks Explicitly model interactions between individual agents; networks of relationships change over time. Assume agents only interact indirectly through market mechanisms. Emergence No distinction between micro- and macro; macro patterns are emergent result of micro-level behaviors and interactions. Micro- and macro remain separate disciplines Evolution The evolutionary process of differentiation, selection, and amplification provides the system with novelty and is responsible for its growth in order and complexity No mechanism for endogenously creating novelty, or growth in order and complexity

41 Bases para ruptura

42 Uma conclusão! A Inovação é feita na Empresa. ( ) CERTO ( ) ERRADO

43 Todas as empresas estão codificadas para morrer. Vantagem competitiva sustentável não existe. Existe somente uma infindável corrida para criar novas fontes de vantagens competitivas. Inovação é feita no MERCADO. E a fonte da juventude das empresas de vida longa?

44 Dicotomias Inovação Radical - é a inovação mais importante, que pode originar uma mudanca de técnica em um ou mais ramos da indústria, ou mesmo originar um ou mais novos ramos da indústria. Inovação Incremental - ocorre quando se verificam pequenos melhoramentos nos produtos e processos existentes.

45 do BI ao TRI C&T&I P&D&I Produção&Capital&Conhecimento Universidade&Governo&Empresa CETEC é governo!

46 Tecnologias Físicas e Sociais Tecnologias Físicas (PT) são métodos e projetos para transformar matéria, energia e informação de um estado em outro, para se conseguir algum objetivo. Tecnologias Sociais (ST) são métodos e projetos para organizar pessoas para se conseguir algum objetivo. Eric Beinhocker

47 Emaranhamento Existem fortes ligações entre as PTs e STs. Quando as pessoas se movem através do espaço das adaptações das PTs, elas causam atritos, terremotos e outras convulsões no espaço das STs, e vice versa.

48 NOVAS TRÍADES Commodities & PTs & STs PTs & STs & Planos de Negócios

49 Cresça rápido, morra jovem!

50 Curva S

51 Curva de Voisin

52 GPD produto doméstico bruto

53 Produto Doméstico Bruto

54 Do Tyrannosaurus Rex à Inovação Uma inovação é considerada implementada se foi introduzida para o mercado (produto) ou usada no âmbito de um processo de produção (processo). Uma premissa básica

55 A única certeza é a incerteza! Frankenstein. Mary Shelley Não podemos determinar o futuro mas podemos propor tendências. Jörgensen

56 The only stable component of nature is change! (A única componente estável da natureza é a mudança!) The tentative fourth law of thermodynamics. S.E. Joergensen

57 There is nothing more dangerous than a stable industry. (Não existe nada mais perigoso que uma indústria estável.)

58 The Entrepreneurial Venture FOUR PERIODS of DEVELOPMENT JerryEngel Cash Flow I II III IV Time

59 New Venture Funding Stream $ Sales $80 IPO Cash Flow $40 $1 $8 $20 Time Venture Capital Rounds Financing to Milestones

60 Rainha de Copas Para um sistema em evolução, é necessário um progresso contínuo somente para manter sua aptidão relativa aos sistemas com os quais está co-evoluindo. Corolários Mudar é perigoso! Não mudar é a certeza da extinção. Extinção é vida! Vantagens competitivas são raras e de vida curta.

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62 Venture Capital Marketplace Informal venture capital love capital angel capital Formal venture capital venture capital funds corporate captive funds government funds pre-seed seed startup first stage second stage expansion mezzanine LBO (leveraged buyout) Sandler

63 A actividade de Business Angel é crítica para o desenvolvimento de novas oportunidades Crescimento Família e Amigos Business Angels IPO Venture Capital IPO - Initial public offering Os Business Angels são fundamentais na fase de maior risco de lançamento dos negócios, antes do venture capital formal ou em co-investimento com este Seed Start-up Early Growth Sustained growth

64 Os Business Angels podem ajudar a consolidar um novo paradigma económico Evolução socio-económica Industrial Triangle Empresas Poupança pessoal Business Angels Venture Capital Entrepreneurial Box Accionistas Dívida Start-Ups Grandes empresas Universidades Governo Governo Sindicatos Propinas Financiamento Público Donativos Impostos Fonte: Carl Schramm - Kauffman Foundation

65 Curva de Voisin

66 New Venture Funding Stream $ Sales $80 IPO Cash Flow $40 $1 $8 $20 Time Venture Capital Rounds Financing to Milestones

67 Na nossa tradição! Adoramos falar sobre a perfeita eficiência de mercados em equilíbrio.

68 A perfeita eficiência Fluxo de $ Ponto de equilíbrio x tempo

69 There is nothing more dangerous than a stable industry. (Não existe nada mais perigoso que uma indústria estável.)

70 Modelo clássico

71 Outro modelo clássico!

72 Os ciclos de vida de uma empresa Estudar a fase de reorganização é essencial para entender a dinâmica do mercado Deloitte Touche Tohmatsu

73 O aumento da riqueza! Fluxo de $ Ponto de equilíbrio x tempo

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75 Impossível

76 The only stable component of nature is change!

77 Competitividade tempo

78 Uma fonte da juventude! Uma empresa é vencedora não por causa de sua eficiência na alocação no equilíbrio, mas por causa de sua efetividade na inovação no desequilíbrio.

79 Outra fonte da juventude!?

80 Zoom Curva de Voisin

81 Aproximação linear Crescimento Tempo

82 Aproximação linear Crescimento Tempo

83 Uma fonte da juventude! Obter uma posição de vantagem competitiva sustentável exige comprometimentos. Comprometimento: uma ação de difícil e elevado custo para serem revertidos. Sem irreversibilidade não existe geração de riqueza e é a irreversibilidade que faz a geração de riqueza uma atividade de risco.

84 Comportamento diferencial negativo Fluxo de capitais (per capita) tempo 84

85 The Entrepreneurial Venture FOUR PERIODS of DEVELOPMENT Cash Flow I II III IV Time

86 Cria a região de derivada negativa

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88 Iluminação com um LED de GaAs com 15 ma

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90 O GRANDE RISCO Novo ponto de estabilização extinção

91 Inovação e ganho de competitividade O processo se repete indefinidamente na evolução da empresa. (Cria-se uma cultura de inovação!) Seguindo uma lei de potência. Seguindo a escada do diabo.

92 Lei de Potência

93 O poder da função escalável. Acaba com as dicotomias. Bons reprodutores reproduzem. Bons amplificadores amplificam.

94 A Escada do Diabo

95 CONCLUSÕES 1. Riqueza é conhecimento e sua origem é a evolução. 2. Uma empresa é vencedora por sua efetividade na inovação no desequilíbrio. a. Uma empresa de longa vida pratica a cultura do comprometimento. 3. Prestação de serviços e consultorias por instituições governamentais têm consistência se estão sendo realizadas para promover inovações.

96 O que queremos do CETEC? Que ele seja o espaço público da INCUBAÇÃO DA INOVAÇÃO Primordialmente direcionado para Tecnologias Fìsicas. COMO?

97 Casos Uma montadora de automóveis. Manufaturas Aços coloridos. Materiais Bioimplantáveis. Al & Sr na hemodiálise. Águas de Minas. Análise Química Kits rápidos para leite. Tecnologia mineral. Outros...

98 Boas Inovações!!!