Wodór mógłby stać się paliwem przyszłości. Magazynuje dużo energii, a w procesie jego spalania powstaje tylko woda. Sęk w tym, że dość trudno go uzyskać.
W stanie wolnym na Ziemi wodór praktycznie nie występuje. Jest to gaz tak lekki, że już miliardy lat temu uleciał w kosmos. Mamy go natomiast pod dostatkiem w postaci wody. Jednak żeby wodę rozłożyć na tlen i wodór potrzeba energii. I to niemało.
Energii potrzeba znacznie mniej, jeśli mamy odpowiedni katalizator. Ale i tu jest problem. Trwałe katalizatory ułatwiające rozkład wody są oparte na drogich metalach, takich jak iryd czy ruten. Katalizatory zawierające bardziej dostępne i tanie metale są z kolei nietrwałe. Bardzo utrudnia to pozyskiwanie wodoru na masową skalę.
Związków, które teoretycznie mogłyby zostać tanimi, trwałymi i wydajnymi katalizatorami są z kolei dziesiątki tysięcy. Testowanie wszystkich po kolei w laboratoriach, aż badania wykażą ich przydatność, trwać mogłyby setki lat.
Chrom, mangan i żelazo zamiast drogich metali
Nad lepszym sposobem poszukiwań od dwóch lat pracuje zespół naukowców z Trinity College w Dublinie. Ich model wykorzystuje wiedzę z dziedziny chemii i fizyki teoretycznej. Oparty jest o uczenie maszynowe, potocznie nazywane sztuczną inteligencją. Znacznie przyspiesza to znalezienie właściwego związku chemicznego.
Badania prowadzone w Dublinie wskazały jako najbardziej obiecujące trzy metale: chrom, mangan i żelazo. Są na tyle tanie, że oparte na nich katalizatory nie będą kosztować fortuny. A to może otworzyć drogę do ich powszechnego zastosowania.
– Wiele badań koncentrowało się na skutecznych, ale zbyt drogich metalach jako możliwych kandydatach. Te metale są zbyt rzadkie, aby mogły być zastosowane na masową skalę. Jest jednak nadzieja na to, że nauka dostarczy światu całkowicie odnawialne i stabilne źródło energii. Nasza praca daje temu teoretyczne podstawy i wskazuje konkretne metale jako najbardziej obiecujące – mówi Michael Craig, główny autor pracy. Badacze wskazują w niej też trzy związki chromu, które mogą stać się podstawą taniej i wydajnej katalizy wody.
Sztuczna inteligencja przyspiesza poszukiwania naukowców
Co szczególnie podkreślają naukowcy, ich praca została przeprowadzona w całości za pomocą komputerów. – Dwa lata temu udało nam się te poszukiwania „świętego Graala” katalizy nieco ułatwić. Teraz zrobiliśmy wielki skok naprzód, zawężając obszar poszukiwań i przyspieszając tempo prac – mówi Max García-Melchor, główny autor badań i współautor pracy opublikowanej w „Cell Reports Physical Science”.
– Do niedawna szukaliśmy igły w stogu siana. Po ograniczeniu stogu, sporo siana udało nam się już przesiać. Żeby uzmysłowić proporcje: dwa lata temu mieliśmy przebadane 17 katalizatorów. W ciągu ostatnich dwóch lat udało nam się przebadać 444. Niedługo będziemy mieć bazę danych z 80 tysiącami takich związków do przebadania – dodaje.
Nie jest to pierwszy raz, kiedy naukowcy wykorzystują maszynowe algorytmy w chemicznych poszukiwaniach. Sztuczna inteligencja pozwala też coraz częściej typować związki, które będą skutecznymi lekami, a nawet całe procesy chemiczne, które doprowadzą do ich łatwiejszej i szybszej syntezy.
Źródła: Cell Reports Physical Science, Tinity College Dublin.