Alla ricerca del vettore liquido di idrogeno perfetto
(Rinnovabili.it) – I vettori liquidi di idrogeno più promettenti? Quelli che in gergo vengono chiamati LOCH, acronimo di “liquid organic hydrogen carriers”, ossia trasportatori organici liquidi di idrogeno. Queste molecole offrono un’interessante alternativa nel campo dello stoccaggio chimico rispetto all’utilizzo di ammoniaca, metanolo o acido formico. A differenza di questi ultimi composti, infatti, i LOCH possono intrappolare chimicamente (idrogenazione) e quindi rilasciare (deidrogenazione) molecole di H2 puro, attraverso cicli completamente reversibili.
Per trovare i vettori liquidi migliori, un gruppo di scienziati dell’Argonne National Laboratory ha passato al vaglio ben 160 miliardi di molecole. Un numero che supera quello delle persone nate nell’intero arco della storia umana. Non sorprende dunque sapere che l’impresa è stata aiutata dalle nuove tecnologie dell’intelligenza artificiale. Nel dettaglio, il team ha impiegato metodi chemioinformatici – che combinano l’uso della teoria chimiche con tecniche informatiche e computazionali – e un approccio di screening basato sull’IA per accelerare i calcoli.
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Vettori organici liquidi di idrogeno, i vantaggi dei LOCH
I LOHC offrono diversi vantaggi al settore dell’idrogeno. Possono, infatti, avere un’elevata capacità di stoccaggio e quindi un’alta densità di energia, rendendosi adatti all’impiego diretto in fuel cell e altre applicazioni portatili. Rispetto all’idrogeno puro, inoltre, possiedono un profilo di sicurezza più elevato che li rende un’opzione interessante anche nel campo nei trasporti. Al momento sono note diverse classi di potenziali LOHC, come ad esempio il sistema benzene/cicloesano o il sistema toluene/metilcicloesano.
Ma la domanda principale rimane una sola: come è possibile identificare molecole che abbiano le giuste proprietà fisiche e chimiche? Per rispondere gli scienziati dell’Argonne hanno innanzitutto stabilito un criterio di selezione basato su 4 fattori: somiglianza strutturale con i vettori liquidi di idrogeno noti; precisi punti di fusione e di ebollizione (il carrier deve rimanere liquido quando l’idrogeno viene aggiunto o estratto); la capacità di immagazzinare una grande quantità di idrogeno per unità di volume; una bassa domanda di energia per il rilascio dell’H2.
“Stavamo cercando molecole liquide organiche che trattengano l’idrogeno per lungo tempo, ma non così forte da non poter essere facilmente rimosse su richiesta“, spiega il ricercatore Hassan Harb e co-autore dello studio. “Devono anche avere la capacità di immagazzinare idrogeno sufficiente per un uso pratico”.
Supercomputer, chimica quantistica e IA
Il gruppo è passato all’azione accedendo ad alcuni database chimici con dati sulle molecole organiche, trovando oltre 160 miliardi di molecole candidate. A questo punto è iniziata la selezione, sfruttando il supercomputer posseduto all’Argonne e calcoli di chimica quantistica. Ma anche con queste potenti risorse a disposizione, gli scienziati avrebbero impiegato cinque anni per analizzare tutte le 160 miliardi di molecole. Per questo motivo, il gruppo ha sviluppato un approccio unico di screening basato sull’intelligenza artificiale che ha ridotto il tempo di calcolo a sole 14 ore, selezionando 41 molecole di nuovi trasportatori liquidi di idrogeno.
“Con l’aiuto dell’intelligenza artificiale, abbiamo cercato molecole liquide organiche che, attraverso una reazione chimica a basso costo con un catalizzatore, potessero alternativamente aggiungere o rilasciare idrogeno da utilizzare come combustibile”, ha affermato lo scienziato computazionale Logan Ward. Il lavoro passa ora nelle mani degli sperimentatori che dovranno testare quelle promettenti. La ricerca è stata pubblicata su Digital Discovery (testo in inglese).
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