Ученые из Тринити-колледжа в Дублине предприняли гигантский шаг к решению загадки, которая обеспечила бы мир полностью возобновляемой, чистой энергией, из которой вода была бы единственным продуктом отходов.
Сокращение выбросов углекислого газа (CO 2 ) человечеством является, пожалуй, самой большой проблемой, стоящей перед цивилизацией 21-го века, особенно с учетом постоянно растущего мирового населения и повышенных потребностей в энергии, которые с ним связаны.
Одним из маяков надежды является идея о том, что мы могли бы использовать возобновляемую электроэнергию для расщепления воды (H 2 O) для производства богатого энергией водорода (H 2 ), который затем можно было бы хранить и использовать в топливных элементах. Это особенно интересная перспектива в ситуации, когда источники энергии ветра и солнца вырабатывают электричество для расщепления воды, поскольку это позволило бы нам хранить энергию для использования, когда эти возобновляемые источники недоступны.
Однако основная проблема заключается в том, что вода очень стабильна и требует большого количества энергии для ее распада. Особенно серьезным препятствием для устранения является энергия или «перенапряжение», связанное с выработкой кислорода, что является узким местом в реакции расщепления воды с образованием H 2 .
Хотя некоторые элементы эффективны при расщеплении воды, такие как рутений или иридий (два из так называемых благородных металлов периодической таблицы), они чрезмерно дороги для коммерциализации. Другие, более дешевые варианты имеют тенденцию страдать с точки зрения их эффективности и / или их надежности. Фактически, в настоящее время никто не обнаружил катализаторы, которые являются экономически эффективными, высокоактивными и устойчивыми в течение значительных периодов времени.
Итак, как вы решаете такую загадку? Остановитесь, прежде чем представить себе лабораторные халаты, очки, мензурки и смешные запахи; эта работа была сделана полностью через компьютер.
Объединяя химиков и физиков-теоретиков, команда Тринити за последним прорывом объединила интеллектуальные умения с очень мощными компьютерами, чтобы найти один из «святых Граалей» катализа.
Команда, возглавляемая профессором Максом Гарсиа-Мельчором, сделала принципиальное открытие при исследовании молекул, которые вырабатывают кислород: наука недооценила активность некоторых из более реактивных катализаторов, и, как следствие, страшное «перенапряжение» препятствие теперь кажется легче очистить. Кроме того, совершенствуя давно принятую теоретическую модель, используемую для прогнозирования эффективности катализаторов расщепления воды, они значительно облегчили людям (или суперкомпьютерам) поиск неуловимого катализатора «зеленой пули».
Ведущий автор, Майкл Крейг, Trinity, рад использовать это понимание. Он сказал: «Мы знаем, что нам нужно оптимизировать сейчас, так что это всего лишь случай нахождения правильных комбинаций».
Сейчас команда стремится использовать искусственный интеллект, чтобы поместить большое количество богатых землей металлов и лигандов (которые склеивают их вместе, чтобы генерировать катализаторы) в плавильном котле, прежде чем оценивать, какая из почти бесконечных комбинаций дает наибольшее обещание.
В сочетании то, что когда-то выглядело как пустой холст, теперь больше похоже на рисование цифрами, так как команда разработала фундаментальные принципы для создания идеальных катализаторов.
Профессор Макс Гарсия-Мельчор добавил: «Учитывая растущую потребность в поиске решений в области зеленой энергии, неудивительно, что в течение некоторого времени ученые охотились за магическим катализатором, который позволил бы нам электрохимически разделять воду экономически эффективным способом, надежный способ. Однако не будет преувеличением сказать, что до сих пор такая охота была сродни поиску иголки в стоге сена. Мы еще не закончили с финишной чертой, но мы значительно сократили размер стога сена, и мы убеждены, что искусственный интеллект поможет нам вымыть много оставшегося сена «.
Он также подчеркнул, что: «Это исследование является чрезвычайно интересным по ряду причин, и было бы невероятно играть роль в превращении мира в более устойчивое место. Кроме того, это показывает, что может случиться, когда исследователи из разных дисциплин соберутся вместе, чтобы применить их опыт, чтобы попытаться решить проблему, которая затрагивает каждого из нас «.