ทีมงานใช้ความเชี่ยวชาญด้านเคมี ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี และปัญญาประดิษฐ์ ตอนนี้ทีมกำลังปรับแต่งสูตรด้วยความเชื่อว่าวันหนึ่งสิ่งที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้จะกลายเป็นความจริง

งานแรกในพื้นที่นี้ รายงานเมื่อไม่ถึงสองปีที่ผ่านมา ให้คำมั่นสัญญา สัญญาว่าขณะนี้ได้รับการขยายอย่างมีนัยสำคัญในการทำงานที่น่าตื่นเต้นเผยแพร่เพียงในวารสารชั้นนำมือถือรายงานวิทยาศาสตร์กายภาพ

พลังงานสำหรับเพลง -- ทฤษฎีและปัญหา

การลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) ของมนุษยชาติถือเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในอารยธรรมศตวรรษที่ 21 โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาจากจำนวนประชากรโลกที่เพิ่มขึ้นและความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นซึ่งมาพร้อมกับมัน

สัญญาณแห่งความหวังอย่างหนึ่งคือแนวคิดว่าเราสามารถใช้ไฟฟ้าหมุนเวียนเพื่อแยกน้ำ (H 2 O) เพื่อผลิตไฮโดรเจนสีเขียวที่อุดมด้วยพลังงาน (H 2 ) ซึ่งสามารถเก็บและนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงได้ นี่เป็นโอกาสที่น่าสนใจอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่แหล่งพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อแยกน้ำ เนื่องจากจะทำให้เราสามารถเก็บพลังงานไว้ใช้เมื่อไม่มีแหล่งพลังงานหมุนเวียนเหล่านั้น

อย่างไรก็ตาม ปัญหาสำคัญคือ น้ำมีความเสถียรมากและต้องใช้พลังงานอย่างมากในการสลาย ไม่มีประโยชน์ที่จะใช้พลังงานมากไปกว่าที่คุณได้รับจากความพยายามดังกล่าว อุปสรรคสำคัญที่ต้องเคลียร์คือ "ศักยภาพเกิน" ซึ่งเกี่ยวข้องกับการผลิตออกซิเจน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาคอขวดในการแยกน้ำเพื่อผลิต H2

แม้ว่าองค์ประกอบบางอย่างจะมีประสิทธิภาพในการแยกน้ำ เช่น รูทีเนียมหรืออิริเดียม แต่สิ่งเหล่านี้มีราคาแพงและหายากสำหรับการค้าทั่วโลก ตัวเลือกอื่นๆ ที่ถูกกว่ามักจะประสบกับประสิทธิภาพและ/หรือความทนทาน อันที่จริง ในปัจจุบัน ยังไม่มีใครค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาที่คุ้มค่าและแข็งแกร่งในช่วงเวลาที่สำคัญ

ดังนั้นคุณจะแก้ปริศนาดังกล่าวได้อย่างไร? หยุดก่อนที่คุณจะจินตนาการถึงเสื้อกาวน์แล็บ แว่นตา บีกเกอร์ และกลิ่นแปลกๆ งานนี้ทำผ่านคอมพิวเตอร์ทั้งหมด

ด้วยการนำนักเคมีและนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีมารวมกัน ทีมงานของ Trinity ที่อยู่เบื้องหลังการพัฒนาใหม่ล่าสุดของการผสมผสานทางเคมีที่ชาญฉลาดด้วยคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังมากเพื่อค้นหาหนึ่งใน "จอกศักดิ์สิทธิ์" ของการเร่งปฏิกิริยา

ทีมงานพบอะไร?

จากนั้น: เมื่อสองปีที่แล้ว ทีมงานได้ค้นพบว่าวิทยาศาสตร์ประเมินกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีปฏิกิริยาตอบสนองมากกว่านั้นต่ำเกินไป และด้วยเหตุนี้ อุปสรรคที่ "มีศักยภาพเกินกำลัง" ที่น่ากลัวจึงดูเหมือนจะชัดเจนขึ้นได้ง่ายกว่า นอกจากนี้ ในการกลั่นกรองแบบจำลองทางทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับมาอย่างยาวนานซึ่งใช้ในการทำนายประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาการแยกน้ำ พวกเขาทำให้ค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยา "กระสุนสีเขียว" ที่เข้าใจยากได้ง่ายขึ้นมาก

ตอนนี้: การค้นหาที่ตามมาของพวกเขาโดยใช้วิธีการแบบผสมผสานอัตโนมัติและการสร้างแบบจำลองทางเคมีควอนตัมขั้นสูง ได้ระบุการรวมโลหะและลิแกนด์ที่อุดมสมบูรณ์ด้วยดิน 9 ชนิด (ซึ่งติดกาวเข้าด้วยกันเพื่อสร้างตัวเร่งปฏิกิริยา) เพื่อเป็นแนวทางในการทดลองทดลอง

โลหะสามชนิดโดดเด่น (โครเมียม แมงกานีส เหล็ก) สำหรับทีมโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีแนวโน้ม ตัวเร่งปฏิกิริยาหลายพันตัวที่อิงตามองค์ประกอบหลักเหล่านี้สามารถใส่ลงในหม้อหลอมเหลวและประเมินความสามารถของพวกมันได้ในขณะที่การไล่ล่าเพื่อผสมเวทย์มนตร์ดำเนินต่อไป

Max García-Melchor ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านเคมีของ Ussher ที่ Trinity เป็นผู้เขียนอาวุโสด้านการวิจัยสถานที่สำคัญ เขาพูดว่า:

"เมื่อสองปีที่แล้ว งานของเราทำให้การไล่ล่าหาจอกศักดิ์สิทธิ์ของตัวเร่งปฏิกิริยาดูเหมือนจะจัดการได้ง่ายขึ้นเล็กน้อย ตอนนี้ เราได้ก้าวกระโดดครั้งใหญ่อีกครั้งโดยการจำกัดพื้นที่การค้นหาให้แคบลงอย่างมากและเร่งวิธีการค้นหาของเราให้เร็วขึ้น

“เมื่อไม่นานมานี้ เรากำลังมองหาเข็มเล็กๆ ในกองฟางขนาดใหญ่ หลังจากลดขนาดของกองหญ้า ตอนนี้เราก็เก็บหญ้าแห้งที่เหลือออกไปเป็นจำนวนมาก เพื่อให้เข้าใจถึงขนาด เมื่อสองปีที่แล้วเราได้คัดกรอง 17 ตัวเร่งปฏิกิริยา ตอนนี้เราได้คัดกรองแล้ว 444 ตัว และเชื่อว่าจะใช้เวลาไม่นานก่อนที่เราจะมีฐานข้อมูลที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา "ที่สามารถคัดกรองได้" 80,000 ตัว

""เราจะมีชีวิตอยู่อย่างยั่งยืนได้อย่างไร" นั่นอาจเป็นคำถามที่ใหญ่ที่สุดและเร่งด่วนที่สุดในสังคมศตวรรษที่ 21 ฉันเชื่อว่านักวิจัยจากทุกสาขาวิชาสามารถช่วยตอบคำถามนั้นได้และเรารู้สึกว่าจุดแข็งในการแสวงหาของเราคือแนวทางแบบสหสาขาวิชาชีพที่เรากำลังดำเนินการอยู่"

Michael Craig ผู้สมัครระดับปริญญาเอกที่ Trinity เป็นผู้เขียนบทความในวารสารรายแรก เขาเพิ่ม:

"ดูเหมือนว่ามีความหวังว่าวิทยาศาสตร์จะสามารถให้พลังงานหมุนเวียนทั้งหมดแก่โลกได้ และงานล่าสุดนี้เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีในการปรับวิธีการจัดเก็บพลังงานนี้อย่างยั่งยืนและก้าวไปไกลกว่านั้นด้วยการระบุโลหะเฉพาะที่ให้คำสัญญาที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

"การวิจัยจำนวนมากได้มุ่งเน้นไปที่โลหะที่มีประสิทธิภาพและมีราคาแพงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะหายากเกินกว่าจะยกของหนักเพื่อกักเก็บไฮโดรเจนให้เพียงพอสำหรับสังคม เรามุ่งเน้นที่การหาทางเลือกในระยะยาวและเป็นไปได้ . และเราหวังว่าเราจะทำ”

การวิจัยได้รับการสนับสนุนจาก Irish Research Council และ Irish Center for High-End Computing (ICHEC) ซึ่งทีมงานจะได้รับประโยชน์จาก CPU 4,500,000 ชั่วโมงที่โรงงานซูเปอร์คอมพิวเตอร์อันทันสมัยของไอร์แลนด์