Aprovechar mejor la luz solar: una plataforma web pretende acelerar el descubrimiento de nuevos materiales fotocatalíticos
La Unión Europea financia el proyecto de investigación CASUS con 850.000 euros
La energía solar puede utilizarse para generar electricidad de forma sostenible y, en principio, también puede aprovecharse para producir compuestos químicos fundamentales. Sin embargo, los materiales catalíticos identificados hasta la fecha aún no son adecuados para aplicaciones a escala industrial, ya que a menudo no cumplen criterios críticos como la durabilidad, la eficiencia, el coste y la escalabilidad. Para hacer frente a estos retos, una nueva plataforma web pretende consolidar los conocimientos de investigación existentes y acelerar el descubrimiento de nuevos materiales con propiedades a medida. El Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ha conseguido casi un millón de euros del Fondo de Transición Justa de la Unión Europea para desarrollar esta plataforma de libre acceso. Además, el Estado Libre de Sajonia también ha contribuido directamente a la financiación del proyecto "Umwandlung von Sonnenenergie in Brennstoffe" (UvSiB, traducción al español: "Conversión de la energía solar en combustibles").
Muchos compuestos químicos fundamentales utilizados en la producción de materiales sintéticos y combustibles proceden de recursos fósiles como el petróleo crudo y el gas natural. La transición al uso directo de la energía solar supondría un gran avance en materia de sostenibilidad. Por ejemplo, la conversión impulsada por la energía solar de agua y dióxido de carbono en combustibles solares, como hidrógeno o hidrocarburos seleccionados, promete ser una vía viable y renovable para la producción de energía química. Sin embargo, la aplicación generalizada de la llamada fotocatálisis artificial sigue enfrentándose a varios retos científicos y técnicos, entre los que destaca el desarrollo de fotocatalizadores más eficaces, estables y duraderos.
A menudo se descubren nuevos materiales prometedores, pero los ciclos experimentales de síntesis y validación son laboriosos y costosos. La ciencia computacional ha demostrado ser una valiosa herramienta para acotar los posibles candidatos, reducir la dependencia del método tradicional de "ensayo y error" y permitir a los investigadores centrarse en las pistas más prometedoras.
Aunque el desarrollo virtual de materiales se está utilizando en diversas aplicaciones, todavía no existe una iniciativa dedicada explícitamente a los materiales fotocatalíticos. El equipo de CASUS, dirigido por el Dr. Hossein Mirhosseini, pretende colmar esta laguna con su proyecto UvSiB. "Esta plataforma permitirá tanto a la comunidad científica como a la industrial desarrollar y producir con rapidez y eficacia materiales de última generación para la producción de combustible solar", afirma Mirhosseini.
Una de las principales características de la futura plataforma web es la simulación de alto rendimiento. Estas simulaciones se acelerarán mediante diversas técnicas de aprendizaje automático integradas en la plataforma. Otra característica importante será el análisis basado en inteligencia artificial (IA), que permitirá relacionar más rápidamente las estructuras de materiales específicos con sus propiedades correspondientes. Una tercera característica clave es el diseño de flujos de trabajo computacionales. Los usuarios podrán combinar diferentes simulaciones de alto rendimiento y herramientas de análisis basadas en IA en experimentos virtuales. Incluso los flujos de trabajo más complejos pueden automatizarse y ejecutarse con una intervención manual mínima.
El equipo de CASUS crea conjuntos de datos iniciales, modelos de IA preentrenados y flujos de trabajo para el diseño de materiales con el fin de fomentar la adopción por parte de los usuarios. Esto permitirá a los usuarios interesados explorar las capacidades de la plataforma antes de aportar sus propios datos y algoritmos. El acceso estará abierto a científicos de todo el mundo. La plataforma está concebida como un recurso de acceso totalmente abierto, sin barreras financieras, técnicas o legales.
La tecnología de la información como motor de la innovación
El Director de CASUS, Prof. Thomas D. Kühne, destaca el valor estratégico de la plataforma para facilitar la innovación tecnológica: "La plataforma permite a los investigadores aplicados identificar más rápidamente materiales sostenibles prometedores para la producción de combustible solar. Será otro ejemplo del poder transformador de la tecnología de la información que permite el desarrollo de productos y soluciones innovadores para aplicaciones industriales."
"Cuanto más amplia sea la adopción de la plataforma, más valiosa será para la comunidad científica", añade Mirhosseini. "Uno de nuestros objetivos es proporcionar un acceso fácil a la plataforma, en particular para los investigadores en ciencia de materiales, química o física que pueden no tener conocimientos especializados en ciencia de datos o IA. Nos comprometemos a evaluar y mejorar continuamente la usabilidad de la plataforma para garantizar una amplia accesibilidad."
El Fondo de Transición Justa (FTJ) es un instrumento de financiación de la Unión Europea diseñado para apoyar a las regiones que dependen en gran medida de las industrias extractivas, como la hulla y el lignito. Se ha asignado un total de 375 millones de euros a la parte que corresponde a Sajonia en la zona minera lusa del lignito. Aunque la mayor parte de la financiación se dedica al apoyo económico en zonas en transformación estructural, las instituciones académicas también pueden optar a la financiación de proyectos de investigación y desarrollo. A través de la directiva de financiación "Research InfraProNet 2021-2027", CASUS consiguió 850.000 euros de financiación para UvSiB. El proyecto se puso en marcha en mayo de 2025 y se prolongará hasta finales de octubre de 2027.
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