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IBM usa IA para acelerar descoberta de materiais para melhorar captura, separação e armazenamento de carbono

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A captura do dióxido de carbono (CO2) em seu ponto de origem é considerada uma das maneiras mais eficazes de limitar sua liberação no meio ambiente. Uma vez capturado, o gás pode ser separado e armazenado por séculos.

Mas capturar e separar o CO2 dos gases de escape na produção de energia e no transporte é complicado. Movê-lo para um local de armazenamento para que ele não entre na atmosfera novamente também está longe de ser algo simples. Os pesquisadores vêm tentando aprimorar essas técnicas há décadas.

A inteligência artificial pode ajudar.

O time da IBM Research recorreu à IA para acelerar o design e a descoberta de melhores membranas de polímero para separar com eficiência o dióxido de carbono dos gases de combustão – os resultados foram apresentados no encontro da Sociedade Americana de Física 2021 (American Physical Society). Também foram apresentados os resultados iniciais de dois outros projetos de descoberta de materiais essenciais – lidando com a separação e armazenamento de carbono.

Usando a modelagem de IA generativa molecular, nossos pesquisadores identificaram centenas de estruturas moleculares que poderiam permitir alternativas mais eficientes e mais baratas para as membranas de separação já existentes para capturar o CO2 emitido em processos industriais. Estamos agora avaliando essas moléculas com a ajuda de simulação de dinâmica molecular automatizada em clusters de computação de alto desempenho (HPC). 

Simulando separação e conversão de carbono

Armazenar CO2 de forma segura e eficaz depois de capturado ainda é um desafio. Uma abordagem promissora é injetar o gás em formações geológicas. Na verdade, os especialistas confirmam que “… o espaço poroso nas rochas sedimentares ao redor da Terra é mais do que suficiente para armazenar todo o CO2 que a humanidade poderia querer remover do ar” [1]. Mas a física e a química do processo na escala dos poros de uma rocha-reservatório não são bem compreendidas. E a eficiência da conversão e armazenamento de CO2 também depende do tipo de rocha e das condições do reservatório.

Para resolver o problema, foi criada uma ferramenta baseada em nuvem que simula o escoamento de dióxido de carbono em tipos específicos de rocha, permitindo aos cientistas avaliar a captura de CO2 e, eventualmente, cenários de conversão em escala de poros. Em última análise, a tecnologia pode permitir que pesquisadores e engenheiros realizem análises e otimizações rápidas dos requisitos específicos de rochas para mineralização e armazenamento de CO2 de maneira eficiente, segura e de longo prazo.

Além disso, terá que se acelerar a descoberta de materiais que absorvem CO2. Pode levar anos, até décadas, para descobrir um novo material ou para estabelecer qual material existente é mais adequado para uma determinada aplicação de captura de carbono. Com as mudanças em nosso clima, não há tempo a perder.

Em uma tentativa de acelerar o processo, a IBM criou uma plataforma de triagem baseada em nuvem para testar rapidamente milhões de possíveis adsorventes de CO2. A ferramenta deve permitir que os engenheiros de materiais selecionem os melhores materiais para aumentar a adsorção de dióxido de carbono em uma aplicação específica.

A plataforma possibilita pesquisas rápidas e em grandes quantidades de estruturas conhecidas, permitindo uma descoberta mais rápida. Por exemplo, pode ser usado por um químico para identificar os nanomateriais mais promissores para um processo industrial. Uma vez que os candidatos mais viáveis ??são identificados, a estrutura computacional pode informar a síntese química e a otimização de material para acelerar a descoberta no laboratório.

Em todos os projetos, combinou-se tecnologias de IA, HPC e nuvem para acelerar consideravelmente a descoberta de novos materiais. Os esforços resultam da iniciativa global de Futuro do Clima lançada recentemente pela IBM Research, que reúne tecnologia de descoberta de materiais e o conhecimento científico de toda a rede mundial de laboratórios de pesquisa da IBM. O portfólio mais amplo também inclui a pesquisa e o desenvolvimento de estratégias para reduzir a pegada de carbono da computação em nuvem e ao longo das cadeias de suprimentos, bem como técnicas para modelar o impacto das mudanças climáticas.

Obviamente, a mudança climática é um desafio global que exige a colaboração da academia e da indústria – um esforço conjunto da comunidade de pesquisa global. É por isso que a IBM recentemente se tornou um membro inaugural do MIT Climate and Sustainability Consortium, junto com outras empresas, incluindo Apple, Boeing, Cargill, Dow, PepsiCo e Verizon.

Referência

[1] “Negative carbon dioxide emissions” David Kramer, Physics Today 73, 1, 44 (2020); doi : 10.1063 / PT.3.4389

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