Resumo
Grande parte da energia consumida no mundo vem da queima de combustíveis fósseis à base de petróleo (óleo diesel, gasolina, querosene para aviação e gás liquefeito). Além dos combustíveis utilizados em nossa sociedade moderna, o petróleo também é matéria-prima de uma extensa cadeia de produtos, por exemplo, parafina, produtos de asfalto, nafta petroquímica, solventes, plásticos, etc. Apesar da grande importância dos combustíveis fósseis, existem vários motivos para a pesquisa de fontes de energia alternativas e renováveis, que inclui problemas ambientais e o fato de que o petróleo vai se esgotar no futuro. Por conseguinte, existe um grande interesse no uso de recursos de energia renovável, como a energia hidrelétrica, a biomassa, o mar, o vento interior, a energia fotovoltaica, o hidrogênio, bem como o desenvolvimento de novos veículos de energia a partir da conversão de metano e/ou do CO2 capturado de ar combinado com H2 da água. Devido à grande demanda, acreditamos que essas tecnologias serão combinadas no futuro para produzir um planeta sustentável. A Divisão de Computação de Ciência e Química de Materiais (CMSC) se concentrará apenas em algumas dessas vias. Acreditamos firmemente que, entre todas essas fontes de energia, devem seguir-se quatro caminhos, a saber: (i) conversão de fótons para elétrons que utilizando dispositivos fotovoltaicos, como a energia fotovoltaica deve contribuir com cerca de 30 por cento (relatório Shell) para a nossa matriz de energia no futuro, (ii) armazenamento de energia com baterias e supercapacitores para suportar o crescimento da energia eólica, (iii) captura de CO2 e conversão para produtos de valor agregado - metanol, gasolina -range hidrocarbonetos, que podem fornecer um papel crucial para o nosso futuro como um problema ambiental pode ser parte da solução, (iv) conversão de metano em novos combustíveis de alta densidade - metanol, etc., que deverá desempenhar um papel importante devido à grande oferta de gás natural no mundo todo. Para abordar esses problemas, propomos empregar o estado da arte nas ferramentas de Ciência Computacional de Materiais para oferecer soluções de ponta. Para a organização prática, propomos nove projetos, que incluem dois projetos de conversão de fótons para elétrons à utilizando fotovoltaica (em particular perovskites) e fotoquímica, dois projetos para estudar a conversão de metano e CO2 capturados de ar para produtos de alto valor, como altos portadores de energia de densidade (metanol) empregando materiais porosos combinados com partículas de tamanho finito de metal de transição. Para o armazenamento de energia, exploramos baterias e supercapacitores, em particular, estamos interessados em tecnologias além de Li e empregamos condutores iônicos baratos. Além dos seis projetos, propusemos três projetos transversais com o potencial de contribuir para os seis projetos anteriores, bem como para oferecer sua contribuição individual, que inclui: engenharia de nanocatalisadores, dinâmica de fluidos para abordar o fluxo de líquidos iônicos e as técnicas de aprendizado da máquina, que serão aplicadas para explorar dados teóricos e experimentais das três divisões restantes. Portanto, nossa Divisão combinada com as três Divisões Centrais adicionais têm um grande potencial para produzir importantes contribuições para a geração de Novas Energias. (AU)
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