Stoccaggio di energia verde: l’intelligenza quantistica mette le mani sulla molecola perfetta

La ricerca di nuovi materiali per immagazzinare l’energia solare è al centro degli interessi degli scienziati. Un team di ricercatori ha appena sviluppato un metodo promettente basato sull’intelligenza quantistica per determinare le strutture molecolari ottimali.

Un modo innovativo per trovare la molecola perfetta

Attualmente, l’energia solare viene convertita direttamente in elettricità o immagazzinata come calore. Il terzo metodo consiste nell’immagazzinare prima l’energia solare in materiali fotosensibili e poi rilasciarla secondo necessità. Questo è l’obiettivo di La maggior parte dei progetti europei Chi studia molecole come fotostreghe In grado di assorbire e immagazzinare l’energia solare a temperatura ambiente.

Gruppi di ricerca di Kurt V. Mikkelsen daUniversità di Copenaghen Casper Muth-Poulsen dell’Università Politecnica della Catalogna a Barcellona ha studiato i convertitori ottici più adatti. Hanno studiato molecole chiamate diciclisti, che si convertono in uno stato ad alta energia quando illuminate.

L’esempio più noto di questo sistema è quadriclan norbornadienMa ci sono molti candidati simili. I ricercatori spiegano: “Lo spazio chimico risultante è costituito da circa 466.000 dieni biciclici che abbiamo analizzato per una potenziale applicazione nella tecnologia MOST”.

Un database di queste dimensioni verrebbe normalmente analizzato tramite l’apprendimento automatico, ma ciò richiederebbe grandi quantità di dati di addestramento basati su esperienze del mondo reale, di cui il team non disponeva. Utilizzando un algoritmo sviluppato in precedenza e un nuovo punteggio di valutazione, le molecole nel database possono essere analizzate e valutate.

Sei delle molecole con il punteggio più alto differivano dalla struttura originale del norbornadiene quadricylan in un aspetto importante: l’ampliamento del ponte molecolare tra i due anelli di carbonio nella porzione biciclica. Questa modifica strutturale ha permesso alle nuove molecole di immagazzinare più energia rispetto alle molecole originali.

Potenziale promettente per migliorare lo stoccaggio dell’energia solare

Spiega il lavoro dei ricercatori Potenziale di ottimizzazione delle particelle di accumulo dell’energia solare. Tuttavia, le nuove molecole devono prima essere sintetizzate e testate in condizioni reali. “Anche se i sistemi potessero essere preparati sinteticamente, non vi è alcuna garanzia che siano solubili nei relativi solventi e che si trasformeranno effettivamente in rese elevate o non si trasformeranno affatto, come abbiamo ipotizzato nel punteggio ETA”.seleziona gli autori.

Nonostante ciò, il team ha sviluppato un nuovo e ampio set di dati di addestramento per gli algoritmi di apprendimento automatico, eliminando la noiosa fase di ricerca di pre-sintesi per i chimici che si occuperanno di tali sistemi in futuro.

Gli autori prevedono di creare questo archivio molto più ampio di dieni biciclici che sarà utile per la ricerca fotostreghe in diverse applicazioni, che possono facilitare l’adattamento delle molecole a requisiti specifici.

Concentrati sulla maggior parte

Sistema di accumulo dell’energia solare Maggior parte (Sistemi di accumulo di energia solare termica molecolare) si basano su una molecola speciale che cambia forma quando esposta alla luce solare.

Sotto l’influenza della luce, questa molecola si trasforma in una nuova molecola chiamata isomero. Un isomero è una molecola che contiene esattamente gli stessi atomi ma è raggruppata in modo diverso. Questa nuova molecola isomerica è molto ricca di energia.

Il vantaggio è che questa molecola isomerica può trattenere tutta la sua energia per molto tempo senza perderne alcuna. Otteniamo così un ottimo serbatoio che immagazzina l’energia solare per diversi decenni.

Quando vogliamo recuperare l’energia immagazzinata, utilizziamo un catalizzatore. Ciò porta ad una nuova trasformazione della molecola isomerica, che diventa nuovamente la molecola originaria. Ma questo cambiamento rilascia tutta l’energia immagazzinata sotto forma di calore.

Quindi possiamo usare questo sistema in un ciclo: la molecola cattura l’energia solare e si trasforma in un isomero per immagazzinarla. Poi, grazie al catalizzatore, recupera l’energia immagazzinata sotto forma di calore e ritorna alla sua forma iniziale, pronta per un nuovo ciclo.

In combinazione con altre tecnologie di accumulo termico, il sistema Maggior parte Permette di gestire le variazioni della radiazione solare e del fabbisogno di energia termica per diverse applicazioni come la produzione di energia elettrica.

sintetico

Questo studio innovativo dimostra la capacità dell’intelligenza quantistica di identificare strutture molecolari ottimizzate per lo stoccaggio dell’energia solare. Sebbene le convalide sperimentali siano ancora necessarie, esse aprono la strada a progressi significativi in ​​questo settore chiave delle energie rinnovabili.

Per una migliore comprensione

Qual è il problema di questa ricerca?

L’obiettivo è trovare nuove molecole in grado di assorbire e immagazzinare in modo efficiente l’energia solare per poi rilasciarla quando necessario.

Quale metodo viene utilizzato?

I ricercatori hanno analizzato un database di oltre 400.000 molecole utilizzando un algoritmo di intelligenza quantistica per identificare le strutture più promettenti.

Quali risultati sono stati ottenuti?

Sono state identificate sei molecole con una potente capacità di immagazzinare energia solare. Ora deve essere prodotto e testato sperimentalmente.

Quali sono le prospettive future?

Questo metodo apre la strada al miglioramento delle molecole per lo stoccaggio dell’energia solare e altre applicazioni utilizzando l’intelligenza quantistica.

Quali sono i limiti di questo studio?

Le nuove molecole devono ancora essere sottoposte a una validazione sperimentale approfondita prima di poter essere utilizzate nella pratica.

Accelera la scoperta di materiali ottimali per lo stoccaggio dell’energia solare, necessari per sfruttare appieno il potenziale delle energie rinnovabili.

Qual è il vantaggio dell’intelligenza quantistica in questo contesto?

Fornisce una capacità senza precedenti di analizzare rapidamente un numero molto elevato di potenziali candidati molecolari.

Illustrazione della legenda principale: – Credito

Articolo “Ricerca nello spazio chimico dei dieni biciclici candidati per l’accumulo di energia termica solare molecolare” – DOI: 10.1002/anie.202309543

SU Kurt F. Mikkelsen : Professore presso il Dipartimento di Chimica dell’Università di Copenhagen, Danimarca. Utilizzando metodi computazionali scientifici, il gruppo di Mikkelsen studia la dinamica e la termodinamica delle interazioni legate allo sfruttamento dell’energia solare, le proprietà molecolari lineari e non lineari, nonché le proprietà di diffusione dei cluster molecolari atmosferici.

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