Wetenschappers van Trinity College Dublin hebben een enorme stap gezet in de richting van het oplossen van een raadsel dat de wereld zou voorzien van volledig hernieuwbare, schone energie waarvan water het enige afvalproduct zou zijn.

Het verminderen van de koolstofdioxide van de mensheid (CO ₂ ) uitstoot is misschien wel de grootste uitdaging voor de beschaving van de 21e eeuw, vooral gezien de steeds groter wordende wereldbevolking en de hogere energiebehoefte die daarmee gepaard gaat.

Een baken van hoop is het idee dat we hernieuwbare elektriciteit zouden kunnen gebruiken om water te splitsen (H ₂ O) om energierijke waterstof te produceren (H ₂ ), die vervolgens kunnen worden opgeslagen en gebruikt in brandstofcellen. Dit is een bijzonder interessant vooruitzicht in een situatie waarin wind- en zonne-energiebronnen elektriciteit produceren om water te splitsen, omdat dit ons in staat zou stellen energie op te slaan voor gebruik wanneer die hernieuwbare bronnen niet beschikbaar zijn.

Het essentiële probleem, echter, is dat water erg stabiel is en veel energie nodig heeft om af te breken. Een bijzonder grote hindernis die moet worden genomen, is de energie of "overpotentiaal" die gepaard gaat met de productie van zuurstof, wat de bottleneckreactie is bij het splitsen van water om H . te produceren ₂ .

Hoewel bepaalde elementen effectief zijn bij het splitsen van water, zoals ruthenium of iridium (twee van de zogenaamde edele metalen van het periodiek systeem), deze zijn onbetaalbaar voor commercialisering. Ander, goedkopere opties hebben de neiging te lijden in termen van hun efficiëntie en/of hun robuustheid. In feite, Momenteel, niemand heeft katalysatoren ontdekt die kosteneffectief zijn, zeer actief en robuust gedurende lange tijd.

Dus, hoe los je zo'n raadsel op? Stop voordat je je laboratoriumjassen voorstelt, bril, bekers en vreemde geuren; dit werk gebeurde volledig via een computer.

Door scheikundigen en theoretisch natuurkundigen samen te brengen, het Trinity-team achter de nieuwste doorbraak combineerde scheikunde-slimme met zeer krachtige computers om een ​​van de 'heilige gralen' van katalyse te vinden.

Het team, onder leiding van professor Max García-Melchor, deed een cruciale ontdekking bij het onderzoeken van moleculen die zuurstof produceren:de wetenschap had de activiteit van enkele van de meer reactieve katalysatoren onderschat en, als resultaat, de gevreesde "overpotentiële" hindernis lijkt nu gemakkelijker te nemen. Verder, bij het verfijnen van een lang geaccepteerd theoretisch model dat wordt gebruikt om de efficiëntie van watersplitsingskatalysatoren te voorspellen, ze hebben het voor mensen (of supercomputers) onmetelijk gemakkelijker gemaakt om naar de ongrijpbare 'groene kogel'-katalysator te zoeken.

Hoofdauteur, Michael Craig, drie-eenheid, is enthousiast om dit inzicht te gebruiken. Hij zei:"We weten wat we nu moeten optimaliseren, het is dus gewoon een kwestie van de juiste combinaties vinden."

Het team wil nu kunstmatige intelligentie gebruiken om een ​​groot aantal aarde-overvloedige metalen en liganden (die ze aan elkaar lijmen om de katalysatoren te genereren) in een smeltkroes te stoppen voordat wordt beoordeeld welke van de bijna oneindige combinaties de grootste belofte opleveren.

In combinatie, wat ooit een leeg canvas leek, lijkt nu meer op schilderen op nummer, omdat het team fundamentele principes heeft vastgesteld voor het ontwerp van ideale katalysatoren.

Professor Max García-Melchor voegde toe:"Gezien de steeds dringender noodzaak om oplossingen voor groene energie te vinden, is het geen verrassing dat wetenschappers, al enige tijd, op jacht naar een magische katalysator waarmee we water elektrochemisch kunnen splitsen op een kosteneffectieve, betrouwbare manier. Echter, het is niet overdreven om te zeggen dat zo'n jacht tot nu toe verwant was aan het zoeken naar een speld in een hooiberg. We zijn nog niet over de eindstreep maar we hebben de hooiberg aanzienlijk verkleind en we zijn ervan overtuigd dat kunstmatige intelligentie ons zal helpen om veel van het resterende hooi op te zuigen."

Hij benadrukte ook dat:"Dit onderzoek om een ​​aantal redenen enorm spannend is en het zou ongelooflijk zijn om een ​​rol te spelen bij het duurzamer maken van de wereld. Bovendien, dit laat zien wat er kan gebeuren als onderzoekers uit verschillende disciplines samenkomen om hun expertise in te zetten om een ​​probleem op te lossen dat ons allemaal aangaat."

Professor Max García-Melchor is een Ussher Assistant Professor in Chemistry aan Trinity en senior auteur van het baanbrekende onderzoek dat zojuist is gepubliceerd in een toonaangevend internationaal tijdschrift, Natuurcommunicatie .