Los científicos del Trinity College de Dublín se están centrando en una receta que permitiría la producción futura de energía limpia y completamente renovable a partir de la cual el agua sería el único producto de desecho.
Utilizando su experiencia en química, física teórica e inteligencia artificial, el equipo ahora está afinando la receta con la creencia genuina de que lo aparentemente imposible algún día será realidad.
El trabajo inicial en esta área, informado hace poco menos de dos años, resultó prometedor. Esa promesa ahora se ha ampliado significativamente en el emocionante trabajo que se acaba de publicar en la principal revista. Informes de células sobre ciencias físicas .
Energía para una canción: la teoría y el problema
Reducir el dióxido de carbono CO de la humanidad 2 Las emisiones son posiblemente el mayor desafío al que se enfrenta la civilización del siglo XXI, especialmente dada la creciente población mundial y las mayores demandas de energía que la acompañan.
Un rayo de esperanza es la idea de que podríamos usar electricidad renovable para dividir el agua H 2 O para producir hidrógeno verde rico en energía H 2 , que luego podría almacenarse y usarse en celdas de combustible.Esta es una perspectiva especialmente interesante en una situación en la que las fuentes de energía eólica y solar producen electricidad para dividir el agua, ya que esto nos permitiría almacenar energía para usar cuando esas fuentes renovables no estén disponibles.
El problema esencial, sin embargo, es que el agua es muy estable y requiere una gran cantidad de energía para romperse; no tiene sentido usar mucha más energía de la que se obtiene de tal esfuerzo. Un obstáculo particularmente importante para superar es este"sobrepotencial" asociado con la producción de oxígeno, que es la reacción de cuello de botella al dividir el agua para producir H2.
Aunque ciertos elementos son efectivos para dividir el agua, como el rutenio o el iridio, estos son prohibitivamente costosos y escasos para la comercialización global. Otras opciones más baratas tienden a sufrir en términos de eficiencia y / o robustez. De hecho, en la actualidad, nadie ha descubierto catalizadores que sean rentables y robustos durante períodos de tiempo significativos.
Entonces, ¿cómo resuelves ese acertijo? Detente antes de imaginarte batas de laboratorio, vasos, vasos de precipitados y olores raros; este trabajo se hizo completamente a través de una computadora.
Al reunir a químicos y físicos teóricos, el equipo de Trinity detrás del último avance combinó la inteligencia química con computadoras muy poderosas para encontrar uno de los "santos griales" de la catálisis.
¿Qué encontró el equipo?
Entonces: Hace dos años, el equipo descubrió que la ciencia había subestimado la actividad de algunos de los catalizadores más reactivos y, como resultado, el temido obstáculo del "sobrepotencial" parecía más fácil de superar. Además, al refinar un método aceptado desde hace mucho tiempomodelo teórico utilizado para predecir la eficiencia de los catalizadores de división de agua, hicieron mucho más fácil la búsqueda del escurridizo catalizador "bala verde".
Ahora: sus búsquedas posteriores, realizadas utilizando un enfoque combinatorio automatizado y un modelado químico cuántico avanzado, han identificado nueve combinaciones de metales y ligandos abundantes en la tierra que los unen para generar los catalizadores como pistas altamente prometedoras para la investigación experimental.
Tres metales se destacan cromo, manganeso, hierro para el equipo por ser especialmente prometedores. Miles de catalizadores basados en estos componentes clave ahora se pueden colocar en un crisol y evaluar sus habilidades a medida que continúa la búsqueda de la combinación mágica..
Max García-Melchor, profesor asistente Ussher de Química en Trinity, es el autor principal de la investigación histórica. Dijo :
"Hace dos años, nuestro trabajo había hecho que la búsqueda del santo grial de los catalizadores pareciera un poco más manejable. Ahora, hemos dado otro gran paso adelante al reducir significativamente el área de búsqueda y acelerar la forma en que buscamos.
"Hasta hace poco buscábamos una aguja diminuta en un pajar enorme. Después de reducir el tamaño del pajar, ahora hemos recogido un montón de heno restante. Para darle una idea de la escala, hace dos años teníamosanalizados 17 catalizadores. Ahora hemos analizado 444 y creemos que no pasará mucho tiempo antes de que tengamos una base de datos con 80.000 catalizadores "detectables".
"'¿Cómo podemos vivir de manera sostenible?' Esa es posiblemente la pregunta más importante y urgente que enfrenta la sociedad del siglo XXI. Creo que los investigadores de todas las disciplinas pueden ayudar a responder eso, y sentimos que una de las fortalezas de nuestra búsqueda es laenfoque disciplinario que estamos adoptando ".
Michael Craig, candidato a doctorado en Trinity, es el primer autor del artículo de la revista. Añadió :
"Parece esperanzador que la ciencia pueda proporcionar al mundo energía completamente renovable, y este último trabajo proporciona una base teórica para optimizar las formas sostenibles de almacenar esta energía y va más allá al señalar los metales específicos que ofrecen la mayor promesa.
"Mucha investigación se ha centrado en los metales efectivos pero prohibitivamente caros como posibles candidatos, aunque estos son demasiado raros para hacer el trabajo pesado requerido para almacenar suficiente hidrógeno para la sociedad. Estamos enfocados en encontrar un largo plazo,opción viable. Y esperamos que lo hagamos ".
La investigación ha sido apoyada por el Irish Research Council y el Irish Center for High-End Computing ICHEC, donde el equipo se beneficia de 4.500.000 horas de CPU en las instalaciones de supercomputadoras de última generación de Irlanda.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Trinity College de Dublín . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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