I combustibili a idrogeno offrono un percorso verso l’energia pulita, ma l’adozione pratica dipende da soluzioni di stoccaggio efficienti. I metodi attuali – serbatoi ad alta pressione o raffreddamento criogenico – consumano una notevole quantità di energia, minando i benefici ambientali dell’idrogeno. Gli idruri metallici, materiali che assorbono e rilasciano idrogeno in modo reversibile, rappresentano un’alternativa promettente. Una recente ricerca, sfruttando una nuova piattaforma basata sull’intelligenza artificiale, ha individuato proprietà atomiche fondamentali che determinano le prestazioni di stoccaggio dell’idrogeno, accelerando potenzialmente la scoperta di materiali superiori.
La piattaforma digitale dell’idrogeno: un nuovo strumento per la scienza dei materiali
I ricercatori dell’Università di Tohoku hanno sviluppato la Digital Hydrogen Platform (DigHyd), un’infrastruttura basata sull’intelligenza artificiale che integra oltre 5.000 record sperimentali meticolosamente curati. Questa piattaforma, combinata con un modello linguistico avanzato, consente una previsione accurata dei parametri di stoccaggio dell’idrogeno. Il lavoro, pubblicato su Chemical Science, segna un passaggio verso la progettazione dei materiali basata sui dati.
L’intelligenza artificiale interpretabile rivela i principali descrittori atomici
La ricerca ha esplorato sistematicamente modelli interpretabili fisicamente, identificando massa atomica, elettronegatività, densità molare e fattore di riempimento ionico come descrittori critici delle prestazioni di stoccaggio dell’idrogeno. A differenza degli approcci opachi di machine learning “black-box”, il modello di regressione white-box di DigHyd mantiene la piena trasparenza, rivelando come vengono fatte le previsioni. Questa interpretabilità consente agli scienziati di comprendere perché determinati materiali eccellono, guidando sforzi di progettazione mirati.
Il compromesso fondamentale negli idruri metallici
Lo studio ha confermato un compromesso di lunga data nella progettazione degli idruri metallici: i composti leggeri ed elettropositivi mostrano un’elevata capacità di stoccaggio ma uno scarso rilascio di idrogeno a temperatura ambiente, mentre i metalli di transizione più pesanti rilasciano idrogeno più facilmente ma con capacità ridotta. Sorprendentemente, le leghe a base di berillio sono emerse come sistemi unici in grado di bilanciare queste caratteristiche contrastanti, offrendo sia un’elevata densità di stoccaggio che un’adeguata stabilità termodinamica.
Accelerare la scoperta dei materiali: un nuovo paradigma
Questo lavoro stabilisce una metodologia scalabile per accelerare la scoperta dei materiali nella ricerca energetica. Il quadro basato sui descrittori collega l’analisi basata sui dati con la comprensione fisica, fornendo una base trasparente per la progettazione di materiali per lo stoccaggio dell’idrogeno ad alta capacità. Questo approccio può essere esteso a leghe complesse e strutture porose, aprendo la strada a tecnologie energetiche sicure, efficienti e a zero emissioni di carbonio.
“Non solo questo modello di regressione white-box fa previsioni accurate, ma mantiene la piena interpretabilità fisica”, spiega Hao Li, professore emerito dell’Istituto avanzato per la ricerca sui materiali (WPI-AIMR), Università di Tohoku.
Questa ricerca rappresenta un passo fondamentale verso il superamento dell’ostacolo dello stoccaggio dell’energia che ha a lungo ostacolato l’adozione diffusa dell’idrogeno come fonte di combustibile pulito. La combinazione di analisi basate sull’intelligenza artificiale e comprensione fisica fondamentale promette di accelerare lo sviluppo di sistemi di stoccaggio dell’idrogeno di prossima generazione
