פלטפורמת PrISMa מדגישה את נקודות המבט השונות בלכידת פחמן. קרדיט: אוניברסיטת Heriot-Watt, עריכה
מדענים הציגו את PrISMa, פלטפורמה פורצת דרך המשלבת סימולציות מתקדמות ו למידת מכונה להאיץ את הגילוי והיישום של חומרי לכידת פחמן.
פלטפורמה זו מעריכה חומרים פוטנציאליים באמצעות תהליך מקיף הכולל כימיה קוונטית והערכת מחזור חיים, מוכיחה את יעילותה במחקרי מקרה גלובליים וקיצוץ בעלויות באופן משמעותי בתעשיות כמו ייצור מלט.
מכשול עיקרי לטכנולוגיות נטו אפס במלחמה בשינויי האקלים הוא גישור על הפער בין המחקר היסודי ליישומה בעולם האמיתי.
פער זה, המכונה לעתים 'עמק המוות', נפוץ בתחום לכידת הפחמן, שבו משתמשים בחומרים חדשים להסרת פחמן דו חמצני מגזי פליטה המיוצרים בתהליכים תעשייתיים. זה מונע מפחמן להיכנס לאטמוספירה, ועוזר למתן את השפעות שינויי האקלים.
כימאים הציעו וסינתזו אלפי חומרים חדשים, כגון מסגרות מתכת-אורגניות, במטרה ספציפית ללכוד כמה שיותר פחמן דו חמצני. עם זאת, בעוד שהתוצאות עשויות להיראות מבטיחות בתנאי מעבדה, קשה לדעת עד כמה החומרים הללו יהיו יעילים בתרחישים בפועל. כתוצאה מכך, הסיכוי קלוש שמישהו יחצה אי פעם את עמק המוות.
פתרונות חלוציים
כעת, צוות מדענים מאוניברסיטת Heriot-Watt עומד מאחורי פלטפורמה חלוצית בשם PrISMa (תכנון מבוסס-תהליכים של חומרים סורבים בהתאמה אישית) המשתמשת בסימולציות מתקדמות ולמידת מכונה כדי למצוא את תהליך לכידת החומר החסכוני והבר-קיימא ביותר. שילובים לפני היישום.
הפלטפורמה והמחקר הקשור בה פורסמו לאחרונה בכתב העת בעל שם הבינלאומי, טֶבַע.
פרופסור סוזנה גרסיה הובילה את המחקר והיא רכזת הפרויקט של PrISMa. היא גם מנהלת שותפה של לכידה, ניצול ואחסון פחמן (CCUS) במרכז המחקר לפתרונות פחמן (RCCS) באוניברסיטת Heriot-Watt באדינבורו, סקוטלנד.
פרופסור סוזנה גרסיה. קרדיט: אוניברסיטת Heriot-Watt
היא מסבירה: "במהלך העשור האחרון, הוקדש כמות עצומה של מאמצים לזיהוי חומרים מבטיחים המסוגלים ללכוד CO2.
"כימאים הציעו אלפי חומרים נקבוביים חדשים, אבל לא היו לנו הכלים להעריך במהירות אם חומרים כלשהם מבטיחים תהליך לכידת פחמן. הערכת חומרים כאלה דורשת הרבה נתונים ניסיוניים וידע מפורט על תהליך הלכידה. והערכה מדוקדקת של הכלכלה והערכת מחזור החיים של התהליך.
"אנחנו לא יכולים לצפות שלכימאים יהיו את כל הידע הזה. כאן זה המקום שבו PrISMa יכולה לעשות הבדל עצום. פלטפורמת PrISMa היא כלי מידול המשלב היבטים שונים של לכידת פחמן, כולל חומרים, תכנון תהליכים, ניתוח כלכלי והערכת מחזור חיים. אנו משתמשים בכימיה קוונטית, סימולציה מולקולרית ולמידת מכונה כדי לחזות, עבור חומרים חדשים, את כל הנתונים הדרושים לתכנון תהליך. לחלופין, אנו יכולים להשתמש בנתונים הניסויים מחומרים מסונתזים במעבדה. לאחר מכן, הפלטפורמה העריכה את הביצועים שלהם בלמעלה מ-60 מקרים שונים מרחבי העולם."
פרופסור גרסיה ממשיך: "גישה חדשנית זו מאיצה את הגילוי של חומרים בעלי ביצועים מעולים ללכידת פחמן, ועוברת את שיטות הניסוי והטעייה המסורתיות. הפלטפורמה יכולה גם ליידע את בעלי העניין השונים על ידי מתן אפשרויות למהנדסים לזהות גורמים מאתגרים מבחינה כלכלית וסביבתית בשלב התכנון של טכנולוגיות לכידה אופטימליות, יעדי עיצוב מולקולריים עבור כימאים ונקודות חמות סביבתיות לחומרים, יתרונות אינטגרציה מקומית עבור CO2 מפיקים, והמיקומים הטובים ביותר למשקיעים".
PrISMa: כלי הממיר לכידת פחמן
PrISMa כבר מניבה תוצאות מרשימות כאשר הפלטפורמה שימשה כדי לדמות במדויק יישום של טכנולוגיות לכידת פחמן במפעלי מלט הממוקמים באזורים שונים בעולם. הוא מצא חומרים מתאימים לכל מיקום, והפחית את העלויות בחצי בהשוואה לטכנולוגיות קודמות.
PrISMa מציעה גם כלי אינטראקטיבי המאפשר למשתמשים לחקור את הפוטנציאל של למעלה מ-1,200 חומרים ליישומי לכידת פחמן.
הרחבת גבולות טכנולוגיים עם למידת מכונה
"זיהוי חומרי לכידת פחמן בעלי ביצועים גבוהים יותר מגדיל את הסבירות לקדם חלק מהם לרמת המוכנות הטכנולוגית הבאה", ממשיך פרופסור גרסיה.
Fergus Mcilwaine, דוקטורנט המוביל את פעילויות למידת המכונה בצוות של פרופסור גרסיה, הוסיף: "הקרנה של מספר כה גדול של חומרים דורשת כמויות עצומות של זמן חישוב. פיתחנו מודל Machine Learning שמאיץ משמעותית את התהליך הזה, ומאפשר לנו לגלות חומרים חסכוניים מחללי עיצוב כימיים עצומים".
PrISMa הובל על ידי אוניברסיטת Heriot-Watt בשיתוף עם מדענים מהמכון השוויצרי הפדרלי לטכנולוגיה לוזאן (EPFL) ו-ETH ציריך, המעבדה הלאומית לורנס ברקלי ואוניברסיטת קליפורניה ברקלי בארה"ב, וה-Institut des Matériaux Poreux de Paris. בצרפת. הפרויקט קיבל מימון מתוכנית ACT, קרן Grantham להגנת הסביבה ומרכז המחקר והחדשנות התעשייתי (IDRIC).
פרופסור גרסיה סיכם: "מחקר זה מדגיש את הצורך לנקוט בגישה הוליסטית בעת הערכת טכנולוגיות להשגת יעדי האפס שלנו. הפלטפורמה מאיצה את גילוי החומרים ליישומי לכידת פחמן וממקדת את מאמצי המחקר והפיתוח לעבר יעדי ביצועים ניתנים להשגה בקנה מידה.
"הכלי יכול לעזור מאוד למאמצי הפחמן התעשייתי הנוכחיים שלנו. זה יכול למלא תפקיד מפתח בהסברה של אסטרטגיות השקעה והחלטות מדיניות לגבי פתרונות ברי קיימא וחסכוניים יותר ללכידת פחמן".
