[ad_1]
(noticias nanowerk) En un estudio informático que utilizó inteligencia artificial (IA), los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) examinaron 160 mil millones de moléculas, una cifra que excede la cantidad de personas nacidas en toda la historia de la humanidad. Su objetivo era comprobar la idoneidad de las moléculas como portadores líquidos de hidrógeno.
Esta investigación apareció en Descubrimiento digital (“Descubrimiento de nuevos portadores de hidrógeno orgánico líquido: una exploración sistemática del espacio de compuestos químicos utilizando quimioinformática y métodos químicos cuánticos”).
![s moléculas dispersantes](https://www.nanowerk.com/news2/robotics/id64380_1.jpg)
El sol es esencialmente una bola gigante compuesta principalmente de gas hidrógeno que libera energía en una forma que calienta la Tierra y el resto de nuestro sistema solar. Debido a su contenido y abundancia de energía, el hidrógeno también es prometedor como fuente de energía en la Tierra. Podría alimentar automóviles, camiones, autobuses, trenes y barcos y generar electricidad para los consumidores. Si bien la energía solar proviene de la fusión de átomos de hidrógeno, el proceso que el equipo quiere utilizar en la Tierra implica quemar hidrógeno.
El hidrógeno en su forma pura existe como gas en condiciones normales. Cuando se utiliza como combustible, uno de los desafíos es cómo transportar de forma segura este gas a las gasolineras y almacenarlo allí. Sin embargo, los compuestos portadores de hidrógeno en forma líquida tienen varias ventajas. Tienen un perfil de seguridad mucho mejor ya que no son tan propensos a sufrir fugas y explosiones. También tienen un contenido energético mucho mayor por unidad de volumen, lo que facilita mucho el almacenamiento y el transporte.
«La forma de compuesto líquido eliminaría esencialmente ciertos problemas con el gas hidrógeno puro, especialmente teniendo en cuenta que existe una infraestructura bien establecida para el almacenamiento y transporte seguro de gasolina y otros productos químicos líquidos», dijo Rajeev Surendran Assary, químico y director del grupo Argonne. en el campo de la ciencia de los materiales.
La forma más visible de un compuesto portador de hidrógeno líquido es el agua: dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Otra forma son las moléculas orgánicas, esencialmente un número infinito de combinaciones posibles de átomos de hidrógeno y carbono además de otros átomos como nitrógeno y oxígeno.
«Con la ayuda de la IA, estamos buscando moléculas líquidas orgánicas a las que se pueda agregar o liberar hidrógeno alternativamente mediante una reacción química de bajo costo con un catalizador para usar como combustible», dijo el científico informático Logan Ward en Data Science and Learning. División. Fundamentalmente, esta reacción no agregaría carbono a la atmósfera. Eso significa que tiene que ser neutro en CO2.
«Estábamos buscando moléculas líquidas orgánicas que pudieran retener el hidrógeno durante largos períodos de tiempo, pero no con tanta fuerza como para que no pudieran eliminarse fácilmente cuando fuera necesario», dijo Hassan Harb, investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencia de Materiales. «También deben poder almacenar suficiente hidrógeno para uso práctico». Una vez eliminado el hidrógeno, se agregaría hidrógeno de reemplazo al líquido para su reutilización.
Los miles de millones de posibles portadores de hidrógeno líquido a menudo incluyen productos químicos como amoníaco y metanol. Sin embargo, los relativamente pocos candidatos probados en el laboratorio hasta ahora han sufrido inestabilidad química y reacciones secundarias indeseables.
El equipo examinó las moléculas candidatas basándose en cuatro factores. Uno de ellos fue la similitud estructural con los conocidos portadores de hidrógeno líquido. Otra razón fueron las propiedades físicas deseables, como los puntos de fusión y ebullición: el líquido debe permanecer líquido una vez que se ha añadido o extraído el hidrógeno. En tercer lugar, el líquido debe poder almacenar una gran cantidad de hidrógeno por unidad de volumen. Finalmente, la cantidad de energía necesaria para liberar el hidrógeno del líquido debe ser suficientemente baja.
«Comenzamos accediendo a bases de datos químicas que contienen datos sobre moléculas orgánicas», dijo la investigadora postdoctoral Sarah Elliott en el Departamento de Ciencias e Ingeniería Químicas. «Hemos encontrado más de 160 mil millones de moléculas de este tipo, y combinar la IA con los últimos métodos informáticos teóricos es esencial para examinar este vasto ejército de moléculas en busca de las mejores».
Los cálculos del equipo requirieron acceso a supercomputadoras que sólo están disponibles en unos pocos lugares del mundo. Uno de ellos es Argonne, sede de Argonne Leadership Computing Facility, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. El equipo también confió en Bebop, un grupo de computadoras operado por el Centro de Recursos de Computación del Laboratorio en Argonne.
Incluso con estos poderosos recursos disponibles, esto equivale a cinco años de tiempo de computación para 160 mil millones de moléculas si se asigna un milisegundo de tiempo de computación a cada molécula. Es por eso que el equipo desarrolló un método de detección basado en IA que aceleró los cálculos a tres millones de moléculas por segundo, o alrededor de 14 horas para los 160 mil millones.
«Esto lleva los cálculos de algo que sólo pudimos hacer una vez en todo el proyecto, en todo caso, a algo que podemos hacer durante la noche y repetir a medida que recibimos comentarios de los cálculos y experimentos», dijo Ward.
Gracias a su enfoque único, el equipo pudo reducir el número de candidatos de más de 160 mil millones a solo 41. Ahora está en manos de los experimentadores la tarea de probar los más prometedores. El enfoque computacional del equipo allana el camino para una nueva era de innovación en soluciones energéticas sostenibles.
[ad_2]