GEM (Getting the MOST out of Sun)

Progetto GEM (Getting the MOST out of Sun) – Dalla chimica computazionale alla generazione di energia sostenibile

Attraverso le tecnologie di supercalcolo applicate allo studio di una famiglia di molecole “speciali”, il progetto di ricerca finanziato da IFAB dimostra come sia possibile una rivoluzione sostenibile dei sistemi di produzione, di stoccaggio e di distribuzione di energia.

La sfida

La produzione di energia sostenibile è la vera sfida del nostro tempo e per questo si trova sempre più spesso al centro della ricerca scientifica e dello sviluppo tecnologico. Il Progetto “GEM” (Getting the MOST out of Sun), selezionato da IFAB tramite la “Call for Projects 2022”, parte proprio da questa sfida e mira a innovare radicalmente lo scenario dello stoccaggio di energia solare. Lo studio, realizzato da ricercatori e professionisti dell’Università di Bologna e di E4 Computer Engineering, si pone infatti l’obiettivo di utilizzare l’intelligenza artificiale per individuare e selezionare (tra milioni di possibili molecole) i candidati più promettenti per applicazioni “MOST” – Molecular Solar Thermal Fuels – ovvero molecole in grado di immagazzinare l’energia del sole e utilizzabili come fonte di calore ed energia.

La soluzione

Il punto di partenza del progetto è l’azobenzene, una molecola in grado di assorbire la luce solare (per questo utilizzata come base di molti coloranti) e di rilasciarla in un secondo momento sotto forma di calore. A rendere particolarmente interessante l’azobenzene e i suoi derivati non è solo la loro naturale capacità di assorbire l’energia solare ma anche la possibilità di convertirla in energia termica e di conservare questa energia per lungo tempo prima del suo rilascio (anche per diversi anni in alcuni casi). Per fornire un esempio comprensibile a tutti: il principio di funzionamento a livello molecolare è simile a quello delle batterie elettriche, che conservano al loro interno energia chimica che può essere trasformata al bisogno in energia elettrica.

Il Progetto “GEM” utilizza l’intelligenza artificiale e gli strumenti della chimica computazionale a vari livelli: innanzitutto per creare un vasto database di molecole con una struttura chimica simile all’azobenzene; successivamente per valutare l’efficienza e le prestazioni di queste molecole senza dover ricorrere a onerose attività di sintesi e test in laboratorio. Il risultato della ricerca è potenzialmente rivoluzionario: non solo permette di individuare, tra numerosissime possibili molecole, quali siano quelle più performanti ai fini dello stoccaggio di energia, ma grazie all’intelligenza artificiale arriva anche a inventare nuove molecole (non presenti nel database iniziale) ancora più performanti.

Il Progetto “GEM” si sviluppa in tre fasi:

Fase 1 – “First principle predictor”: applicando gli strumenti della chimica computazionale (opportuni software e supercomputers) si costruisce un database di migliaia di azobenzeni e delle loro proprietà fisiche rilevanti per il loro utilizzo come MOST.
Fase 2 – “Artificial intelligence predictor”: L’intelligenza artificiale, istruita sul database creato nella Fase1, seleziona le molecole più performanti nella conservazione e successivo rilascio di energia termica.
Fase 3 – “Molecular creator”: L’intelligenza artificiale utilizza le informazioni derivate per creare nuove molecole (non presenti nel database creato al punto 1) ancora più performanti.

Benefici

La possibilità di accumulare energia dal sole e di rilasciarla, in maniera controllata, sotto forma di calore rappresenta già di per sé una possibilità rivoluzionaria per l’uomo, la scienza e le comunità. Nello specifico, un materiale di tipo MOST può trovare applicazione in tre particolari ambiti:

la creazione di collettori solari organici basati completamente su tecnologia Most, che a partire dall’accumulo di energia solare forniranno in maniera controllata energia termica pulita a edifici, sia privati che pubblici, sia di grandi che di ristrette dimensioni;
l’abbinamento dei collettori solari organici MOST a quelli tradizionali, così da creare un sistema capace di assorbire più energia a parità di superficie;
lo sviluppo di tecnologie in grado di produrre corrente elettrica a partire dall’energia termica immagazzinata nei materiali MOST, grazie a chip termoelettrici,
la generazione e la gestione di energia termica senza combustione, con un basso costo di produzione, e senza uso di metalli pesanti e rari.

I risultati raggiungibili con GEM sono solo uno dei tanti esempi di come un approccio interdisciplinare tra chimica, fisica, intelligenza artificiale e un accoppiamento collaborativo tra ricerca e industria ci consentono di tradurre innovazione in concretezza, con uno sguardo positivo rivolto al futuro.

Partner

E4 Computer Engineering S.p.A.
Università di Bologna