Forskere tager skridt mod helt vedvarende energi

Forskere fra Trinity College Dublin har taget et kæmpe skridt hen imod at løse en gåde, der ville forsyne verden med fuldstændig vedvarende, ren energi, hvorfra vand ville være det eneste affaldsprodukt.

Reduktion af menneskehedens kuldioxid (CO ₂ ) emissioner er uden tvivl den største udfordring, som det 21. århundredes civilisation står over for – især i betragtning af den stadigt stigende globale befolkning og de øgede energikrav, der følger med.

Et fyrtårn af håb er ideen om, at vi kunne bruge vedvarende elektricitet til at splitte vand (H ₂ O) for at producere energirig brint (H ₂ ), som så kunne opbevares og bruges i brændselsceller. Dette er et særligt interessant perspektiv i en situation, hvor vind- og solenergikilder producerer elektricitet til at splitte vand, da dette ville give os mulighed for at lagre energi til brug, når disse vedvarende kilder ikke er tilgængelige.

Det væsentlige problem, imidlertid, er, at vand er meget stabilt og kræver meget energi at bryde op. En særlig stor hindring for at fjerne er energien eller "overpotentialet" forbundet med produktionen af ​​ilt, som er flaskehalsreaktionen ved spaltning af vand for at producere H ₂ .

Selvom visse elementer er effektive til at spalte vand, såsom Ruthenium eller Iridium (to af de såkaldte ædelmetaller i det periodiske system), disse er uoverkommeligt dyre for kommercialisering. Andet, billigere muligheder har en tendens til at lide under deres effektivitet og/eller deres robusthed. Faktisk, på nuværende tidspunkt, ingen har opdaget katalysatorer, der er omkostningseffektive, yderst aktiv og robust i længere perioder.

Så, hvordan løser man sådan en gåde? Stop før du forestiller dig laboratoriefrakker, briller, bægre og sjove lugte; dette arbejde blev udført udelukkende via en computer.

Ved at samle kemikere og teoretiske fysikere, Trinity-holdet bag det seneste gennembrud kombinerede kemi-smarts med meget kraftfulde computere for at finde en af ​​katalysens "hellige grale".

Holdet, ledet af professor Max García-Melchor, gjort en afgørende opdagelse, da de undersøgte molekyler, der producerer oxygen:Videnskaben havde undervurderet aktiviteten af ​​nogle af de mere reaktive katalysatorer og, som resultat, den frygtede "overpotentielle" forhindring synes nu lettere at rydde. Desuden, ved at raffinere en længe accepteret teoretisk model, der bruges til at forudsige effektiviteten af ​​vandspaltningskatalysatorer, de har gjort det umådeligt nemmere for folk (eller supercomputere) at søge efter den undvigende "grønne kugle"-katalysator.

Hovedforfatter, Michael Craig, Treenighed, er spændt på at bruge denne indsigt. Han sagde:"Vi ved, hvad vi skal optimere nu, så det handler bare om at finde de rigtige kombinationer."

Holdet sigter mod nu at bruge kunstig intelligens til at lægge et stort antal jordrige metaller og ligander (som limer dem sammen for at generere katalysatorerne) i en smeltedigel, før de vurderer, hvilken af ​​de næsten uendelige kombinationer, der giver det største løfte.

I kombination, det, der engang lignede et tomt lærred, ligner nu mere en maling efter tal, da holdet har etableret grundlæggende principper for design af ideelle katalysatorer.

Professor Max García-Melchor tilføjede:"I betragtning af det stadig mere presserende behov for at finde grønne energiløsninger er det ingen overraskelse, at forskere har, i nogen tid, været på jagt efter en magisk katalysator, der ville give os mulighed for at opdele vand elektrokemisk på en omkostningseffektiv, pålidelig måde. Imidlertid, det er ingen overdrivelse at sige, at en sådan jagt før nu var beslægtet med at lede efter en nål i en høstak. Vi er ikke over målstregen endnu, men vi har reduceret størrelsen på høstakken markant, og vi er overbeviste om, at kunstig intelligens vil hjælpe os med at støvsuge masser af det resterende hø op."

Han understregede også, at:"Denne forskning er enormt spændende af en række årsager, og det ville være utroligt at spille en rolle i at gøre verden til et mere bæredygtigt sted. Derudover, dette viser, hvad der kan ske, når forskere fra forskellige discipliner samles for at bruge deres ekspertise til at forsøge at løse et problem, der påvirker hver og en af ​​os."

Professor Max García-Melchor er Ussher-assistentprofessor i kemi ved Trinity og seniorforfatter til den skelsættende forskning, der netop er blevet offentliggjort i et førende internationalt tidsskrift, Naturkommunikation .