Utilizar a luz solar de forma mais eficaz: a plataforma Web visa acelerar a descoberta de novos materiais fotocatalíticos
A União Europeia financia o projeto de investigação CASUS com 850.000 euros
A energia solar pode ser utilizada para gerar eletricidade de forma sustentável - e, em princípio, também pode ser aproveitada para produzir compostos químicos fundamentais. No entanto, os materiais catalíticos identificados até à data ainda não são adequados para aplicações à escala industrial, uma vez que muitas vezes não cumprem critérios críticos como a durabilidade, a eficiência, o custo e a escalabilidade. Para responder a estes desafios, uma nova plataforma baseada na Web tem como objetivo consolidar os conhecimentos de investigação existentes e acelerar a descoberta de novos materiais com propriedades adaptadas. O Centro para a Compreensão de Sistemas Avançados (CASUS) do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) obteve um financiamento de quase um milhão de euros do "Just Transition Fund" (JTF) da União Europeia para desenvolver esta plataforma de acesso livre. Além disso, o Estado Livre da Saxónia também contribuiu diretamente para o financiamento do projeto "Umwandlung von Sonnenenergie in Brennstoffe" (UvSiB, tradução inglesa: "Conversão da energia solar em combustíveis").
Muitos dos compostos químicos fundamentais utilizados na produção de materiais sintéticos e de combustíveis são derivados de recursos fósseis, como o petróleo bruto e o gás natural. A transição para a utilização direta da energia solar representaria um grande avanço em termos de sustentabilidade. Por exemplo, a conversão solar de água e dióxido de carbono em combustíveis solares, como o hidrogénio ou hidrocarbonetos selecionados, é promissora como via viável e renovável para a produção de energia química. No entanto, a implementação generalizada da chamada fotocatálise artificial enfrenta ainda vários desafios científicos e técnicos - entre os quais se destaca o desenvolvimento de fotocatalisadores mais eficientes, estáveis e duradouros.
A investigação tem vindo a registar com frequência novos materiais promissores, mas os ciclos experimentais de síntese e validação são trabalhosos e dispendiosos. A ciência computacional provou ser uma ferramenta valiosa para restringir os potenciais candidatos, reduzindo a dependência da abordagem tradicional de "tentativa e erro" e permitindo que os investigadores se concentrem nas pistas mais promissoras.
Embora o desenvolvimento virtual de materiais esteja a ser utilizado em várias aplicações, ainda não houve uma iniciativa dedicada explicitamente aos materiais fotocatalíticos. A equipa CASUS, liderada pelo Dr. Hossein Mirhosseini, pretende colmatar esta lacuna com o seu projeto UvSiB. "Esta plataforma permitirá às comunidades científica e industrial desenvolver e produzir, de forma rápida e eficiente, materiais da próxima geração para a produção de combustível solar", afirma Mirhosseini.
Uma das principais caraterísticas da futura plataforma Web é a simulação de alto rendimento. Estas simulações serão aceleradas utilizando uma variedade de técnicas de aprendizagem automática integradas na plataforma. Outra caraterística importante será a análise baseada em inteligência artificial (IA), que permitirá um mapeamento mais rápido de estruturas de materiais específicos para as suas propriedades correspondentes. Uma terceira caraterística fundamental é a conceção de fluxos de trabalho computacionais. Os utilizadores poderão combinar diferentes simulações de alto rendimento e ferramentas de análise baseadas em IA em experiências virtuais. Mesmo os fluxos de trabalho complexos podem ser automatizados e executados com um mínimo de intervenção manual.
A equipa CASUS cria conjuntos de dados iniciais, modelos de IA pré-treinados e fluxos de trabalho para a conceção de materiais, a fim de incentivar a adoção pelos utilizadores. Isto permitirá aos utilizadores interessados explorar as capacidades da plataforma antes de contribuírem com os seus próprios dados e algoritmos. O acesso será aberto a cientistas de todo o mundo. A plataforma foi concebida como um recurso de acesso totalmente aberto, sem barreiras financeiras, técnicas ou jurídicas à entrada.
Posicionar a tecnologia da informação como motor da inovação
Thomas D. Kühne, Diretor do CASUS, salienta o valor estratégico da plataforma para facilitar a inovação tecnológica: "A plataforma permite aos investigadores aplicados identificar mais rapidamente materiais sustentáveis promissores para a produção de combustível solar. Será mais um exemplo do poder transformador da tecnologia da informação que permite o desenvolvimento de produtos e soluções inovadores para aplicações industriais".
"Quanto mais ampla for a adoção da plataforma, mais valiosa ela se tornará para a comunidade científica", acrescenta Mirhosseini. "Um dos nossos objectivos é proporcionar um acesso fácil à plataforma, em particular aos investigadores em ciência dos materiais, química ou física que possam não ter conhecimentos especializados em ciência dos dados ou IA. Estamos empenhados em avaliar e melhorar continuamente a usabilidade da plataforma para garantir uma ampla acessibilidade."
O Fundo para uma Transição Justa (FTJ) é um instrumento de financiamento da União Europeia destinado a apoiar regiões fortemente dependentes de indústrias extractivas, como a hulha e a lenhite. Foi atribuído um total de 375 milhões de euros à parte da Saxónia na zona mineira de lenhite da Lusácia. Embora a maior parte do financiamento seja dedicada ao apoio económico em zonas em transformação estrutural, as instituições académicas também são elegíveis para o financiamento de projectos de investigação e desenvolvimento. Através da diretiva de financiamento "Research InfraProNet 2021-2027", a CASUS assegurou com sucesso 850 000 euros de financiamento para o UvSiB. O projeto foi lançado em maio de 2025 e decorrerá até ao final de outubro de 2027.
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