Utilizzare la luce solare in modo più efficace: la piattaforma web mira ad accelerare la scoperta di nuovi materiali fotocatalitici

L'Unione Europea finanzia il progetto di ricerca CASUS con 850.000 euro

17.07.2025
Copyright: Blaurock/CASUS

I materiali fotocatalitici (griglia a sfondo scuro) catalizzano le reazioni con l'aiuto della luce. L'esempio mostrato qui è la conversione in due fasi dell'acqua (H2O) in ossigeno (O2, lato sinistro) e idrogeno (H2, lato destro). L'idrogeno è un buon esempio di combustibile solare. Tuttavia, la piattaforma web ha anche lo scopo di aiutare a trovare materiali adatti alla produzione di altri combustibili solari, come il metano e l'ammoniaca.

L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità in modo sostenibile e, in linea di principio, può anche essere sfruttata per produrre composti chimici fondamentali. Tuttavia, i materiali catalitici identificati finora non sono ancora adatti per applicazioni su scala industriale, in quanto spesso non soddisfano criteri critici quali durata, efficienza, costo e scalabilità. Per affrontare queste sfide, una nuova piattaforma basata sul web mira a consolidare le conoscenze di ricerca esistenti e ad accelerare la scoperta di nuovi materiali con proprietà personalizzate. Il Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ha ottenuto un finanziamento di quasi un milione di euro dal "Just Transition Fund" (JTF) dell'Unione Europea per sviluppare questa piattaforma ad accesso libero. Inoltre, il Libero Stato di Sassonia ha contribuito direttamente al finanziamento del progetto "Umwandlung von Sonnenenergie in Brennstoffe" (UvSiB, traduzione inglese: "Conversione dell'energia solare in combustibili").

Molti composti chimici fondamentali utilizzati nella produzione di materiali sintetici e carburanti derivano da risorse fossili come il petrolio greggio e il gas naturale. Il passaggio all'uso diretto dell'energia solare rappresenterebbe un grande progresso in termini di sostenibilità. Ad esempio, la conversione dell'acqua e dell'anidride carbonica in combustibili solari, come l'idrogeno o idrocarburi selezionati, promette di essere una strada percorribile e rinnovabile per la produzione di energia chimica. Tuttavia, l'implementazione diffusa della cosiddetta fotocatalisi artificiale deve ancora affrontare diverse sfide scientifiche e tecniche, prima fra tutte lo sviluppo di fotocatalizzatori più efficienti, stabili e duraturi.

La ricerca riporta spesso nuovi materiali promettenti, ma i cicli di sintesi sperimentale e di validazione richiedono molto lavoro e sono costosi. La scienza computazionale si è dimostrata uno strumento prezioso per restringere i potenziali candidati, riducendo la dipendenza dal tradizionale approccio "per tentativi ed errori" e consentendo ai ricercatori di concentrarsi sugli indizi più promettenti.

Sebbene lo sviluppo virtuale dei materiali sia utilizzato in varie applicazioni, non esiste ancora un'iniziativa dedicata esplicitamente ai materiali fotocatalitici. Il team CASUS, guidato dal dottor Hossein Mirhosseini, intende colmare questa lacuna con il progetto UvSiB. "Questa piattaforma consentirà alle comunità scientifiche e industriali di sviluppare e produrre in modo efficiente e rapido materiali di nuova generazione per la produzione di combustibili solari", afferma Mirhosseini.

Una delle caratteristiche principali dell'imminente piattaforma web è la simulazione ad alto rendimento. Queste simulazioni saranno accelerate grazie a una serie di tecniche di apprendimento automatico integrate nella piattaforma. Un'altra caratteristica significativa sarà l'analisi basata sull'intelligenza artificiale (AI), che consentirà una mappatura più rapida di strutture specifiche di materiali e delle loro proprietà corrispondenti. Una terza caratteristica fondamentale è la progettazione di flussi di lavoro computazionali. Gli utenti potranno combinare diverse simulazioni high-throughput e strumenti di analisi basati sull'intelligenza artificiale in esperimenti virtuali. Anche i flussi di lavoro più complessi possono essere automatizzati ed eseguiti con un intervento manuale minimo.

Il team di CASUS crea set di dati iniziali, modelli di IA pre-addestrati e flussi di lavoro per la progettazione dei materiali per incoraggiare l'adozione da parte degli utenti. Ciò consentirà agli utenti interessati di esplorare le capacità della piattaforma prima di contribuire con i propri dati e algoritmi. L'accesso sarà aperto agli scienziati di tutto il mondo. La piattaforma è concepita come una risorsa ad accesso completamente aperto, senza barriere finanziarie, tecniche o legali all'ingresso.

Posizionare la tecnologia dell'informazione come motore dell'innovazione

Il Direttore del CASUS, Prof. Thomas D. Kühne, sottolinea il valore strategico della piattaforma nel facilitare l'innovazione tecnologica: "La piattaforma consente ai ricercatori applicati di identificare più rapidamente materiali sostenibili promettenti per la produzione di combustibili solari. Sarà un altro esempio del potere di trasformazione della tecnologia dell'informazione che consente lo sviluppo di prodotti e soluzioni innovative per le applicazioni industriali."

"Quanto più ampia sarà l'adozione della piattaforma, tanto più preziosa diventerà per la comunità scientifica", aggiunge Mirhosseini. "Uno dei nostri obiettivi è fornire un accesso semplice alla piattaforma, in particolare per i ricercatori in scienze dei materiali, chimica o fisica che potrebbero non avere competenze specialistiche in scienza dei dati o IA. Ci impegniamo a valutare e migliorare continuamente l'usabilità della piattaforma per garantire un'ampia accessibilità".

Il Just Transition Fund (JTF) è uno strumento di finanziamento dell'Unione Europea concepito per sostenere le regioni fortemente dipendenti dalle industrie estrattive, come il carbone fossile e la lignite. Un totale di 375 milioni di euro è stato stanziato per la quota della Sassonia nell'area mineraria lusaziana della lignite. Mentre la maggior parte dei finanziamenti è dedicata al sostegno economico delle aree in fase di trasformazione strutturale, anche le istituzioni accademiche possono beneficiare del finanziamento di progetti di ricerca e sviluppo. Attraverso la direttiva di finanziamento "Research InfraProNet 2021-2027", il CASUS è riuscito a ottenere un finanziamento di 850.000 euro per l'UvSiB. Il progetto è stato avviato nel maggio 2025 e durerà fino alla fine di ottobre 2027.

Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.

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