科学家跨越碳捕获技术的“死亡之谷”
净零技术应对气候变化的一大障碍是弥合基础研究与现实应用之间的差距。这种缺口有时被称为“死亡之谷”，在碳捕获领域很常见，碳捕获领域使用新材料去除工业生产过程中产生的烟气中的二氧化碳。这可以防止碳进入大气，有助于减轻气候变化的影响。
化学家们已经提出并合成了数千种新型材料，例如金属有机骨架，其具体目的是捕获尽可能多的二氧化碳。但尽管实验室环境下的结果看起来很有希望，但很难知道这些材料在实际情况下的效果如何。因此，任何一种材料跨越死亡之谷的机会都很渺茫。
现在，赫瑞瓦特大学的一组科学家正在开发一个名为 PrISMa（定制吸附材料的工艺信息设计）的先驱平台，该平台使用先进的模拟和机器学习在实施之前找到最具成本效益和可持续性的材料捕获工艺组合。
该平台及其相关研究已于7月17日在《自然》杂志上发表。
苏珊娜·加西亚教授是这项研究的负责人，也是 PrISMa 的项目协调员。她还是爱丁堡赫瑞瓦特大学碳解决方案研究中心 (RCCS) 的碳捕获、利用和储存 (CCUS) 副主任。
她解释说：“过去十年来，人们投入了大量精力来寻找能够捕获二氧化碳的有前景的材料。
“化学家们提出了数千种新型多孔材料，但我们没有工具来快速评估是否有任何材料有望用于碳捕获过程。评估此类材料需要大量的实验数据和对捕获过程的详细了解。并仔细评估该过程的经济性和生命周期。
“我们不能指望化学家拥有所有这些知识。这正是 PrISMa 可以发挥巨大作用的地方。PrISMa 平台是一种建模工具，它集成了碳捕获的不同方面，包括材料、工艺设计、经济分析和生命周期评估。
“我们使用量子化学、分子模拟和机器学习来预测新材料设计流程所需的所有数据。或者，我们也可以使用实验室合成材料的实验数据。然后，该平台在来自世界各地的 60 多个不同案例研究中评估了它们的表现。”
加西亚教授继续说道：“这种创新方法加速了发现性能最佳的碳捕获材料的速度，超越了传统的反复试验方法。
“该平台还可以为不同的利益相关者提供信息，为工程师提供选项，帮助他们确定最佳捕获技术设计阶段的经济和环境挑战因素、化学家的分子设计目标和材料的环境热点、二氧化碳生产者的本地整合效益以及投资者的最佳位置。”
PrISMa 已经取得了令人印象深刻的成果，该平台已用于精确模拟位于世界不同地区的水泥厂实施碳捕获技术的情况。它为每个地点找到了合适的材料，与以前的技术相比，成本降低了一半。
PrISMa 还提供了一个交互式工具，让用户可以探索 1,200 多种材料在碳捕获应用方面的潜力。
加西亚教授继续说道：“发现更多性能卓越的碳捕获材料，将增加其中一些材料晋升到下一个技术就绪水平的可能性。”
领导 Garcia 教授团队机器学习活动的博士生 Fergus Mcilwaine 补充道：“筛选如此大量的材料需要大量的计算时间。我们开发了一种机器学习模型，可以大大加快这一过程，使我们能够从巨大的化学设计空间中发现具有成本效益的材料。”
PrISMa 由赫瑞瓦特大学牵头，与瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 和苏黎世联邦理工学院、美国劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校以及法国巴黎材料与多孔研究所的科学家合作。
加西亚教授总结道：“这项研究强调，在评估实现净零排放目标的技术时，需要采取整体方法。该平台加快了碳捕获应用的材料发现，并将研发工作重点放在可实现的大规模性能目标上。
“该工具可以极大地帮助我们当前的工业脱碳工作。它可以在为更可持续、更具成本效益的碳捕获解决方案提供投资战略和政策决策方面发挥关键作用。”
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