Ученые из Тринити-колледжа в Дублине сделали гигантский шаг к разгадке загадки, которая обеспечит мир полностью возобновляемой, чистой энергией, из которой вода будет единственным отходом.
Сокращение выбросов двуокиси углерода (CO2) человечества, возможно, является самой большой проблемой, стоящей перед цивилизацией 21-го века, особенно с учетом постоянно растущего населения мира и повышенных потребностей в энергии, связанных с это.
Одним лучом надежды является идея, что мы могли бы использовать возобновляемую электроэнергию для расщепления воды (H2O) для производства богатого энергией водорода (H2).), которые затем можно хранить и использовать в топливных элементах. Это особенно интересная перспектива в ситуации, когда ветряные и солнечные источники энергии производят электричество для разделения воды, поскольку это позволит нам хранить энергию для использования, когда эти возобновляемые источники недоступны.
Основная проблема, однако, заключается в том, что вода очень стабильна и требует много энергии для ее распада. Особенно серьезным препятствием для очистки является энергия или «перенапряжение», связанное с производством кислорода, который является узким местом в реакции расщепления воды с образованием H2
Хотя некоторые элементы эффективно расщепляют воду, такие как рутений или иридий (два так называемых благородных металла в таблице Менделеева), их коммерциализация слишком дорога. Другие, более дешевые варианты, как правило, страдают с точки зрения их эффективности и/или надежности. Фактически, в настоящее время никто не открыл катализаторы, которые были бы экономичными, высокоактивными и надежными в течение значительных периодов времени.
Ну и как решить такую загадку? Остановитесь, прежде чем представить себе лабораторные халаты, стаканы, мензурки и забавные запахи; эта работа была полностью выполнена с помощью компьютера.
Объединив химиков и физиков-теоретиков, команда Trinity, стоящая за последним прорывом, объединила химический интеллект с очень мощными компьютерами, чтобы найти один из «Святых Граалей» катализа.
Команда, возглавляемая профессором Максом Гарсия-Мельчором, сделала важное открытие при исследовании молекул, производящих кислород: наука недооценивала активность некоторых наиболее реакционноспособных катализаторов, и, как результат, страшный «перенапряжение Препятствие теперь кажется легче преодолеть. Кроме того, усовершенствовав давно принятую теоретическую модель, используемую для прогнозирования эффективности катализаторов расщепления воды, они неизмеримо облегчили людям (или суперкомпьютерам) поиск неуловимого катализатора «зеленой пули».
Ведущий автор, Майкл Крейг, Trinity, рад применить это понимание на практике. Он сказал: «Мы знаем, что нам сейчас нужно оптимизировать, так что это просто случай поиска правильных комбинаций».
Команда намерена использовать искусственный интеллект, чтобы поместить большое количество металлов и лигандов (которые склеивают их вместе для создания катализаторов) в плавильный котел, прежде чем оценивать, какие из почти бесконечных комбинаций дают величайшее обещание.
В сочетании то, что когда-то выглядело как пустой холст, теперь больше похоже на раскраску по номерам, поскольку команда установила фундаментальные принципы проектирования идеальных катализаторов.
Профессор Макс Гарсия-Мелчор добавил: «Учитывая все более острую потребность в поиске экологически чистых источников энергии, неудивительно, что ученые уже некоторое время ищут волшебный катализатор, который позволил бы нам электрохимически расщеплять воду на экономичным, надежным способом. Впрочем, не будет преувеличением сказать, что раньше такая охота была сродни поиску иголки в стоге сена. Мы еще не прошли финишную черту, но значительно сократили размер стог сена, и мы убеждены, что искусственный интеллект поможет нам собрать много оставшегося сена."
Он также подчеркнул, что: «Это исследование чрезвычайно интересно по ряду причин, и было бы невероятно сыграть роль в том, чтобы сделать мир более устойчивым местом. Кроме того, это показывает, что может произойти, когда исследователи из разных дисциплины объединяются, чтобы применить свой опыт, чтобы попытаться решить проблему, которая затрагивает каждого из нас».