CINE: desenvolvimento computacional de materiais utilizando simulações atomísticas, meso-escala, multi-física e inteligência artificial para aplicações energéticas

Resumo

Grande parte da energia consumida no mundo é derivada direta ou indiretamente da queima de combustíveis fósseis à base de carbono, que também é matéria-prima para uma extensa cadeia de produtos. A queima de combustíveis fósseis à base de carbono está diretamente ligada ao aumento da concentração de CO2 na atmosfera, que é uma das fontes que contribuem para o aquecimento global junto com o CH4. Portanto, para minimizar os problemas futuros para o nosso mundo, existem várias ações em todo o mundo para identificar soluções em larga escala para alcançar a sociedade moderna de CO2 líquido, ou seja, a transição energética para um mundo sustentável. Várias iniciativas diferentes têm sido investigadas, nomeadamente, (i) captura, utilização e armazenamento de carbono, (ii) aumento da produção de energia elétrica através de fontes de energia renováveis como a fotovoltaica, eólica, etc, (iii) desenvolvimento de biocombustíveis alternativos, que podem substituir combustíveis à base de carbono para aplicações específicas, (iv) eletrificação de automóveis para transporte, (v) desenvolvimento de transportadores de energia alternativa, por exemplo, H2, NH3, etc, que podem ser usados para transportar energia de um lugar para outro no mundo, bem como combustíveis para diversas aplicações. Portanto, existem vários esforços de pesquisa em todo o mundo para acelerar a transição energética. A proposta inicial para os primeiros cinco anos do programa de Ciência e Química de Materiais Computacionais do CINE era composta por 9 subprojetos, que foram reorganizados em 5 subprojetos de acordo com o comitê de seleção da FAPESP-Shell em 2018. Diversos progressos foram realizados nos 5 sub-projectos, que resultaram em mais de 100 publicações em revistas de grande qualidade, vários alunos de mestrado e doutoramento concluíram suas pós-graduações, vários pós-doutorados concluíram os seus projetos, divulgação científica para o público em geral para aumentar a consciência sobre a importância da transição energética rumo a um mundo com emissões líquidas zero de CO2. Informações específicas e detalhadas estão resumidas nos 4 relatórios científicos, que foram aprovados pela FAPESP. As atividades científicas do CINE foram revisadas para a segunda fase do CINE (2023-2028), o que implicou em alterações no programa computacional. Por exemplo, mudamos o nome do projeto para Design de Materiais Computacionais com base em Simulações Atomísticas, Meso-escala, Multi-física e Inteligência Artificial para Aplicações Energéticas (abreviado por CMD), que é separado em dois subprogramas, a saber, (i) química atomística, meso-escala, multi-física e (ii) inteligência artificial, ou seja, o novo programa tem como objetivo combinar química atomística e inteligência artificial para melhorar o design de materiais. Além disso, dois tópicos de pesquisa foram excluídos de nosso programa anterior, a saber, CH4 e CO2. O programa CMD será composto por 6 subprojetos: 1. Materiais de Conversão de Energia para Aplicações Fotovoltaicas -- Perovskitas e Materiais Bidimensionais Emergentes. 2. Materiais para Produção de Hidrogênio Verde via Eletrolisadores - Catalisadores de Átomo Único, Nanoligas e Bidimensionais. 3. Materiais para supercapacitores e baterias de íons: desde eletrólitos, eletrodos, interfaces e simulações de dispositivos. 4. Comportamento Mesoscópico e Macroscópico de Materiais em Dispositivos de Armazenamento de Energia - Fratura de Eletrodos, Modelos de Crescimento Interfásico de Eletrólitos Sólidos e Microestruturas. 5. Design de Materiais Baseado em Inteligência Artificial - Design Inverso, Aprendizagem Ativa, Campos de Força de Aprendizagem de Máquina e Desenvolvimento de Ferramentas. 6. Descoberta de Conhecimento e Diagnóstico Orientado a Dados em Dispositivos - Modelos de Linguagem, Classificação Automática de Literatura, Monitoramento de Saúde em Dispositivos de Armazenamento de Energia eólica. (AU)