ABSTRACT Itabira has in its territory the largest complex of opencast mining in the world, located close to residential areas of the city. The air quality monitoring network installed in the city is the main source of particulate matter (PM) emission data. However, these air quality stations only cover the areas near the mines and do not measure fine particulate matter (PM2.5). Thus, a first field campaign was carried out to characterize PM in the city and to compare high volume data from air quality stations with the dichotomous air sampler data. Results of trajectories’ cluster analysis showed a long-range transport of aerosols during the sampling days from northeast (84% of the trajectories), east-southeast (12%), and south-southwest (3%) directions. Regarding the meteorological conditions during the sampling days, negative correlations were seen between coarse particulate matter (PM10) from mostly air quality stations and all meteorological parameters (but temperature). Results of the X-ray fluorescence and principal component analyses showed that the main trace elements in the coarse (PM2.5-10) and fine modes (PM2.5) are iron and sulfur, associated with emissions from mining activities, air mass transport from regional iron and steelmaking industry activities, vehicle emissions, local and regional biomass burning, and natural biogenic emissions. This work is the first assessment of source apportionment done in the city. Comparisons with other studies, for some large metropolitan areas, showed that Itabira has comparable contributions of sulfur, iron and elements such as copper, selenium, chromium, nickel, vanadium and lead.

RESUMEN En el territorio de Itabira se encuentra el mayor complejo de minería a cielo abierto del mundo, ubicado cerca de las zonas residenciales de la ciudad. La red de monitoreo de la calidad del aire instalada en la ciudad es la principal fuente de datos de emisión de material particulado (PM, por sus siglas en inglés). Sin embargo, estas estaciones de calidad del aire sólo cubren las áreas cercanas a las minas y no miden el material particulado fino (PM2.5). Así, se llevó a cabo una primera campaña de campo para caracterizar el material particulado en la ciudad y comparar los datos de alto volumen de las estaciones de calidad del aire con los datos del muestreador de aire dicotómico. Los resultados del análisis de conglomerados de trayectorias mostraron un transporte de aerosoles de largo alcance durante los días de muestreo desde las direcciones noreste (84% de las trayectorias), este-sureste (12%) y sur-suroeste (3%). En cuanto a las condiciones meteorológicas durante los días de muestreo, se observaron correlaciones negativas entre el material particulado grueso (PM10) de la mayoría de las estaciones de calidad del aire y todos los parámetros meteorológicos (excepto la temperatura). Los resultados de los análisis de fluorescencia de rayos X y componentes principales mostraron que los principales oligoelementos en los modos grueso (PM2.5-10) y fino (PM2.5) son hierro y azufre, asociados con emisiones de actividades mineras, transporte masivo de aire de las actividades regionales de la industria siderúrgica, emisiones de vehículos, quema de biomasa local y regional, y emisiones biogénicas naturales. Este trabajo es la primera evaluación de la distribución de fuentes realizada en la ciudad. Las comparaciones con otros estudios, para algunas grandes áreas metropolitanas, mostraron que Itabira tiene contribuciones comparables de azufre, hierro y otros elementos como cobre, selenio, cromo, níquel, vanadio y plomo.

O grande desafio para se melhorar o desenvolvimento de pilhas a combustível de óxido sólido (PACOS) é diminuir as resistências de polarização ôhmica e de polarização de concentração, sobretudo no catodo. Uma alternativa efetiva é a introdução de uma camada catódica funcional entre o eletrólito e o catodo convencional. Esta camada funcional é um compósito constituído pelos materiais de eletrólito e catodo que neste caso são a zircônia estabilizada com ítria (ZEI) e a manganita de lantânio e estrôncio (MSL). Esta camada melhora o contato entre o catodo e o eletrólito diminuindo a resistência ôhmica de polarização de concentração devido ao aumento do número de pontos de contato triplo (PCT) no volume do material. Neste trabalho, duas meias células foram preparadas: a primeira é constituída por um filme catódico funcional (50% p/p) e a camada coletora de corrente depositados sobre uma pastilha de ZEI. A segunda meia célula é composta apenas pela camada catódica de MSL também depositada sobre a pastilha de ZEI. O estudo elétrico foi realizado por espectroscopia de impedância na faixa de temperatura entre 700 e 900 °C. As resistências das amostras diminuíram com o aumento da temperatura e, foi observado que a meia célula que possuía o catodo funcional apresentou menores resistências elétricas. Após tratamento térmico a 750°C por 3 dias foi verificado que a amostra sem a camada funcional apresentou um semicírculo adicional no diagrama de impedância caracterizado como uma resistência devida a baixa aderência eletrólito/catodo. Este fenômeno foi confirmado por imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV).

The greatest challenge to improve SOCF (Solid Oxide Fuel Cell) development is to decrease polarization and ohmic concentration resistances mainly for the cathode. One effective alternative is the introduction of a functional cathode layer between the electrolyte and the conventional cathode. This functional cathode layer is a composite constituted by the electrolyte and cathode materials, in this case, yttria stabilized zirconia (YSZ) and lanthanum doped strontium (LSM). This layer improves the contact between the cathode and the electrolyte decreasing the ohmic concentration polarization due to the increasing of triple contact points (TPB) in the bulk concentration. In this work, two half cells were prepared: the first one is constituted by a functional cathode film (50% in weight), and a collecting current layer (LSM) both deposited on a YSZ pellet. The second half cell is composed by a LSM cathode layer deposited on the YSZ Tosoh pellet. The electric study has been realized by Impedance Spectroscopy varying the temperature from 700 to 900 ºC. The two half cells resistance decreased with increasing the temperature, and it has noted that the half cell with the functional cathode layer presented the lowest resistance. After annealing at 750 °C for 3 days, the sample without the functional cathode layer presented additional half circles in IS diagrams characterized as resistances due to the bad electrolyte/ electrode adherence. This phenomenon has been confirmed by Scanning Electron Microscopy (SEM).