Các nhà khoa học tìm ra công thức cho năng lượng tái tạo hoàn toàn
Các nhà khoa học từ Đại học Trinity, Dublin đang nghiên cứu một công thức có thể cho phép sản xuất năng lượng sạch, hoàn toàn tái tạo trong tương lai mà từ đó nước sẽ là chất thải duy nhất.
Sử dụng chuyên môn của họ về hóa học, vật lý lý thuyết và trí tuệ nhân tạo, nhóm nghiên cứu hiện đang tinh chỉnh công thức với niềm tin thực sự rằng một ngày nào đó điều tưởng như không thể sẽ trở thành hiện thực.
Công việc ban đầu trong lĩnh vực này, được báo cáo chỉ chưa đầy hai năm trước, đã mang lại nhiều hứa hẹn. Lời hứa đó giờ đây đã được khuếch đại đáng kể trong công trình thú vị vừa được công bố trên tạp chí hàng đầu Cell Reports Physical Science.
Năng lượng cho một bài hát — lý thuyết và vấn đề
Giảm lượng khí thải carbon dioxide (CO2) của nhân loại được cho là thách thức lớn nhất mà nền văn minh thế kỷ 21 phải đối mặt - đặc biệt là do dân số toàn cầu ngày càng tăng và nhu cầu năng lượng tăng cao đi kèm với nó.
Một tia sáng của hy vọng là ý tưởng rằng chúng ta có thể sử dụng điện tái tạo để tách nước (H2O) để tạo ra hydro (H2) xanh, giàu năng lượng, sau đó có thể được lưu trữ và sử dụng trong pin nhiên liệu. Đây là một triển vọng đặc biệt thú vị trong tình huống các nguồn năng lượng mặt trời và gió tạo ra điện để tách nước, vì điều này sẽ cho phép chúng ta tích trữ năng lượng để sử dụng khi các nguồn năng lượng tái tạo đó không có sẵn.
Tuy nhiên, vấn đề cốt yếu là nước rất ổn định và cần rất nhiều năng lượng để phá vỡ; Không có ích gì khi sử dụng nhiều năng lượng hơn bạn nhận lại từ nỗ lực như vậy. Một rào cản đặc biệt lớn cần giải quyết là "khả năng quá mức" này liên quan đến việc sản xuất oxy, là phản ứng tắc nghẽn trong quá trình tách nước để tạo ra H2.
Mặc dù một số nguyên tố có hiệu quả trong việc tách nước, chẳng hạn như Ruthenium hoặc Iridium, những nguyên tố này cực kỳ đắt và khan hiếm để thương mại hóa toàn cầu. Các lựa chọn khác, rẻ hơn có xu hướng bị ảnh hưởng về hiệu quả và / hoặc tính mạnh mẽ của chúng. Trên thực tế, hiện tại, chưa ai phát hiện ra chất xúc tác hiệu quả về chi phí và mạnh mẽ trong một khoảng thời gian đáng kể.
Vì vậy, làm thế nào để bạn giải quyết một câu đố như vậy? Hãy dừng lại trước khi bạn tưởng tượng ra những chiếc áo khoác phòng thí nghiệm, kính, cốc và những mùi vui nhộn; công việc này được thực hiện hoàn toàn thông qua máy tính.
Bằng cách tập hợp các nhà hóa học và nhà vật lý lý thuyết, nhóm Trinity đứng sau đột phá mới nhất đã kết hợp thông minh hóa học với máy tính cực mạnh để tìm ra một trong những "chén thánh" của xúc tác.
Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy gì?
Sau đó: Hai năm trước, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng khoa học đã đánh giá thấp hoạt động của một số chất xúc tác phản ứng mạnh hơn và kết quả là rào cản đáng sợ "quá mức" dường như dễ dàng được xóa bỏ hơn. Hơn nữa, trong việc tinh chế một mô hình lý thuyết đã được chấp nhận từ lâu được sử dụng để dự đoán hiệu quả của chất xúc tác tách nước, họ đã giúp việc tìm kiếm chất xúc tác "viên đạn xanh" khó nắm bắt trở nên dễ dàng hơn nhiều.
Hiện tại: Các cuộc tìm kiếm tiếp theo của họ, được thực hiện bằng cách tiếp cận tổ hợp tự động và mô hình hóa lượng tử tiên tiến, đã xác định chính xác chín sự kết hợp nhiều kim loại và phối tử trong trái đất (kết dính chúng với nhau để tạo ra chất xúc tác) là những đầu mối có triển vọng cao cho việc điều tra thực nghiệm.
Ba kim loại nổi bật (crom, mangan, sắt) cho nhóm nghiên cứu là đặc biệt hứa hẹn. Hàng ngàn chất xúc tác dựa trên các thành phần quan trọng này giờ đây có thể được đặt trong một nồi nấu chảy và đánh giá khả năng của chúng khi cuộc săn tìm sự kết hợp ma thuật tiếp tục.
Max García-Melchor, Trợ lý Giáo sư Hóa học của Ussher tại Trinity, là tác giả chính của nghiên cứu mang tính bước ngoặt. Anh ấy nói:
"Hai năm trước, công việc của chúng tôi đã khiến việc săn tìm chén thánh chất xúc tác có vẻ dễ quản lý hơn một chút. Giờ đây, chúng tôi đã thực hiện một bước tiến lớn khác bằng cách thu hẹp đáng kể khu vực tìm kiếm và tăng tốc cách chúng tôi tìm kiếm.
"Cho đến gần đây, chúng tôi đang tìm kiếm một cây kim nhỏ trong một đống cỏ khô khổng lồ. Sau khi giảm kích thước của đống cỏ khô, giờ đây chúng tôi đã nhặt được rất nhiều cỏ khô còn lại. Để hiểu về quy mô này, hai năm trước, chúng tôi đã sàng lọc 17 Bây giờ chúng tôi đã sàng lọc 444 và tin rằng sẽ không lâu nữa chúng tôi sẽ có một cơ sở dữ liệu với 80.000 chất xúc tác 'sàng lọc được' trong đó.
"'Làm thế nào chúng ta có thể sống bền vững?" Đó được cho là câu hỏi lớn nhất và cấp bách nhất mà xã hội thế kỷ 21. Tôi tin rằng các nhà nghiên cứu từ tất cả các lĩnh vực có thể giúp trả lời điều đó và chúng tôi cảm thấy một thế mạnh cụ thể mà chúng tôi theo đuổi là cách tiếp cận đa lĩnh vực mà chúng tôi đang thực hiện. "
Michael Craig, Ph.D. Ứng cử viên tại Trinity, là tác giả đầu tiên của bài báo trên tạp chí. Anh ấy nói thêm:
"Có vẻ như hy vọng rằng khoa học có thể cung cấp cho thế giới năng lượng tái tạo hoàn toàn và công trình mới nhất này cung cấp cơ sở lý thuyết để tối ưu hóa các cách bền vững để lưu trữ năng lượng này và vượt xa hơn thế bằng cách xác định chính xác các kim loại cụ thể mang lại hứa hẹn lớn nhất.
"Rất nhiều nghiên cứu đã tập trung vào các kim loại hiệu quả nhưng bị cấm đắt tiền nhất có thể, mặc dù chúng quá hiếm để thực hiện công việc nặng nhọc cần thiết để lưu trữ đủ hydro cho xã hội. Chúng tôi đang tập trung vào việc tìm ra một phương án khả thi và lâu dài. . Và chúng tôi hy vọng chúng tôi sẽ làm được. "
