Forskare från Trinity College Dublin har tagit ett stort steg mot att lösa en gåta som skulle förse världen med helt förnybara, ren energi från vilken vatten skulle vara den enda avfallsprodukten.

Att minska mänsklighetens koldioxid (CO ₂ ) utsläpp är utan tvekan den största utmaningen som 2000-talets civilisation står inför – särskilt med tanke på den ständigt ökande globala befolkningen och de ökade energibehov som följer med den.

En ledstjärna för hopp är idén att vi skulle kunna använda förnybar el för att dela vatten (H ₂ O) för att producera energirikt väte (H ₂ ), som sedan kunde lagras och användas i bränsleceller. Detta är ett särskilt intressant perspektiv i en situation där vind- och solenergikällor producerar el för att dela vatten, eftersom detta skulle tillåta oss att lagra energi för användning när dessa förnybara källor inte är tillgängliga.

Det väsentliga problemet, dock, är att vatten är mycket stabilt och kräver mycket energi för att bryta upp. Ett särskilt stort hinder att ta bort är energin eller "överpotentialen" som är förknippad med produktionen av syre, vilket är flaskhalsreaktionen vid klyvning av vatten för att producera H ₂ .

Även om vissa element är effektiva för att klyva vatten, såsom Ruthenium eller Iridium (två av de så kallade ädelmetallerna i det periodiska systemet), dessa är oöverkomligt dyra för kommersialisering. Övrig, billigare alternativ tenderar att drabbas av deras effektivitet och/eller robusthet. Faktiskt, för närvarande, ingen har upptäckt katalysatorer som är kostnadseffektiva, mycket aktiv och robust under betydande tidsperioder.

Så, hur löser man en sådan gåta? Stanna innan du föreställer dig labbrockar, glasögon, bägare och roliga dofter; detta arbete gjordes helt genom en dator.

Genom att sammanföra kemister och teoretiska fysiker, Trinity-teamet bakom det senaste genombrottet kombinerade smart kemi med mycket kraftfulla datorer för att hitta en av katalysens "heliga graler".

Laget, ledd av professor Max García-Melchor, gjorde en avgörande upptäckt när man undersökte molekyler som producerar syre:Vetenskapen hade underskattat aktiviteten hos några av de mer reaktiva katalysatorerna och, som ett resultat, det fruktade "överpotential" hindret verkar nu lättare att lösa. Vidare, i att förfina en sedan länge accepterad teoretisk modell som används för att förutsäga effektiviteten hos vattenspjälkande katalysatorer, de har gjort det oändligt mycket lättare för människor (eller superdatorer) att söka efter den svårfångade "green bullet"-katalysatorn.

Huvud författare, Michael Craig, Treenighet, är glada över att få använda denna insikt. Han sa:"Vi vet vad vi behöver för att optimera nu, så det handlar bara om att hitta de rätta kombinationerna."

Teamet siktar på att nu använda artificiell intelligens för att lägga ett stort antal jordnära metaller och ligander (som limmar ihop dem för att generera katalysatorerna) i en smältdegel innan de bedömer vilken av de nästan oändliga kombinationerna som ger det största löftet.

I kombination, det som en gång såg ut som en tom duk ser nu mer ut som en målning efter siffror eftersom teamet har etablerat grundläggande principer för utformningen av idealiska katalysatorer.

Professor Max García-Melchor tillade:"Med tanke på det allt mer pressande behovet av att hitta gröna energilösningar är det ingen överraskning att forskare har, för en tid, letat efter en magisk katalysator som skulle tillåta oss att dela vatten elektrokemiskt på ett kostnadseffektivt sätt. pålitligt sätt. Dock, det är ingen överdrift att säga att en sådan jakt förut var att leta efter en nål i en höstack. Vi är inte över mållinjen än, men vi har minskat storleken på höstacken avsevärt och vi är övertygade om att artificiell intelligens kommer att hjälpa oss att samla upp mycket av det återstående höet."

Han betonade också att:"Denna forskning är enormt spännande av ett antal anledningar och det skulle vara otroligt att spela en roll för att göra världen till en mer hållbar plats. Dessutom, Det här visar vad som kan hända när forskare från olika discipliner går samman för att använda sin expertis för att försöka lösa ett problem som berör var och en av oss."

Professor Max García-Melchor är Ussher biträdande professor i kemi vid Trinity och senior författare till den milstolpe forskning som just har publicerats i en ledande internationell tidskrift, Naturkommunikation .