生成式人工智能賦能 環境可持續性 聯盟 | Insilico Medicine
環境可持續性
我們的使命是開發和推廣開源的前沿生成式AI技術，以促進環境可持續性。
生成式人工智能賦能
聯盟
可持續技術
重點領域
目標
- 人工智能模型基準測試
- 數據共享
- 知識交換
什麼是二氧化碳捕集
二氧化碳捕集是一系列能夠在二氧化碳自人為來源（如燃燒化石燃料）中產生並釋放到大氣層之前，將其排放量降至最低的技術。科學家們也在考慮直接空氣捕集（DAC）技術，該技術可通過一系列化學或物理過程從空氣中去除二氧化碳。
化石燃料相關的二氧化碳排放，尤其是發電廠的排放，在整體二氧化碳排放中佔據主要部分，因此兩種關鍵的二氧化碳捕集技術（燃燒前捕集和燃燒後捕集）正在開發中。此外，農業和化工等經濟產業也會向大氣中大量排放二氧化碳，因此針對這些領域的二氧化碳捕集技術也亟需開發。
為什麼二氧化碳捕集如此重要
人類活動向大氣中排放的二氧化碳已經超過了自然過程能夠吸收的能力。
全球大氣中二氧化碳的平均濃度已達到419.3ppm，這一數值較工業革命前高出50%。
二氧化碳是地球上最重要的溫室氣體，它吸收並釋放熱量。向空氣中排放更多二氧化碳會導致全球氣溫上升。
2023年地球表面平均溫度較1880年有記錄以來高出1.36攝氏度。科學證據表明，人類活動是二氧化碳濃度上升和當前氣候變化的主要原因。
世界各國領導人及政策制定者正日益要求將碳捕獲技術納入各類生產流程。
二氧化碳捕集技術
- 胺洗滌技術
胺洗滌技術通過二氧化碳與胺之間的酸堿反應，使二氧化碳溶解於胺溶液中。科學家們正在設計新型胺，以減少溶劑再生所需的能量。
- 利用金屬有機框架材料和碳有機框架材料進行吸附
金屬有機框架（MOFs）和共價有機框架（COFs）是一種多孔晶體材料，其分子構建塊通過強鍵連接形成預先確定的結構。這些材料具有極高的孔隙率（高達7000平方米/克），且孔隙中戰略性設計的二氧化碳結合位點，使其能在相對較低的壓力下實現高二氧化碳吸附容量。MOFs和COFs的精確結構也為與人工智能技術集成提供了理想平臺，以開發突破性的多孔材料。
- 複合材料
科學家們還在尋找新的電化學、膜技術和生物化學方法，以從煙氣中或直接從空氣中捕獲二氧化碳。
未來發展方向
人工智能正在徹底改變材料研究與開發的過程。
借助人工智能，可以快速鎖定具有更高二氧化碳吸附能力和選擇性的材料。
人工智能能提供什麼：
- 尋找二氧化碳捕集框架中最佳的建築單元、交互組以及結構拓撲。
01
- 設計新型材料的合成路線。
02
- 根據各種參數評估材料性能。
03
- 研究方案的全程管理。
04
- 兼具洗滌法的高處理能力和吸附材料的經濟優勢的複合材料是理想的選擇。
05
- 需要新的化學工程設計來將該技術應用於不同場地。
06
影響領域
發電廠
可持續農業
石油精煉
什麼是氫氣儲存，它為什麼如此重要？
氫氣是一種理想的清潔能源，因為其燃燒後唯一產生的產物是水，且不會釋放溫室氣體或對環境有害的化合物。氫氣在汽車應用中具有特別的吸引力，因為它是一種零排放燃料，儲量豐富，且在液化後其能量密度是汽油的三倍。基於氫氣的完整系統包括其生產、輸送、儲存以及燃料電池技術。其中，氫氣儲存技術在這一發展過程中扮演著關鍵角色。
氫氣在常溫常壓下的固有波動性給其在加壓儲罐中的物理儲存帶來了重大挑戰，而此類儲罐通常僅能提供較低的體積能量密度。為了提升氫氣作為日常燃料的實用性，亟需開發成本低廉、重量輕且具備可逆氫氣吸附能力、儲氫密度高於液態氫的材料。
氫氣儲存技術
- 低溫儲存
氫氣可在低溫高壓條件下液化。液態氫已被美國國家航空航天局用於推動太空梭進入軌道，而如今部分車輛已開始使用加壓氫氣作為燃料。然而，液態氫的低溫儲存伴隨著高運營成本及低溫儲罐重量的增加。
- 化學儲存材料
化學儲氫材料能夠與氫形成化學鍵，因此氫氣可以以化學方式儲存。金屬氫化物、硼烷或咪唑鎓離子液體等材料已被廣泛研究用於此目的。然而，由於吸附和脫附過程涉及化學鍵的形成與斷裂，該技術通常存在動力學較慢的問題。氫氣中的潛在雜質也會迅速使材料失活，影響其迴圈性能。
- 物理儲存材料
在不形成化學鍵的情況下，物理儲氫材料能夠在相對較低的壓力和非極端溫度條件下有效吸附氫氣。金屬有機框架具有高比表面積、低密度和易於功能化的特點，因此能夠開發出具有高品質和體積氫吸附能力的儲氫材料。然而，其儲氫容量仍待進一步提升。
未來發展方向
美國能源部（DOE）2025年氫儲存系統的目標是實現0.055 kg(H2) kg−1的品質吸附率和0.04 kg(H2) L−1的體積容量，同時保持在-40至60°C的操作溫度範圍內快速加注時間和高迴圈穩定性。科學家們仍在研究不同的方案以達到這一目標。
借助人工智能技術，具有更高氫氣吸附能力的金屬有機框架材料是實現2025年目標及長期目標（品質吸附量為0.065 kg(H2) kg−1，體積吸附容量為0.05 kg(H2) L−1）的有力候選材料。
人工智能能提供哪些幫助：
- 系統性地計算MOF材料對H₂的吸附熱，作為MOF材料與氫氣相互作用的有力指標。
01
- 在孔隙工程方面（包括孔徑、形狀、連通性以及金屬序列和分佈）對材料的優化，以提升氫氣的品質密度和體積密度。
02
- 尋找最佳的合成單元和新材料的相應合成路線。
03
- 研究方案的全程管理。
04
什麼是農業化學
農業化學是化學的一個分支，專注于研究和應用農業中的化學過程和產品。這一領域涵蓋了廣泛的主題，包括肥料、農藥、除草劑和植物生長調節劑的開發與應用，以提高作物產量並保護植物免受害蟲和疾病的侵害。農業化學家致力於研究這些化學物質與環境之間的相互作用，旨在提高農業實踐的效率和可持續性。通過研究農業中使用的物質的化學性質和反應，農業化學有助於優化作物的生長和健康，同時儘量減少對生態系統的不利影響。
農業化學融合了有機化學、生物化學和環境科學的原則，致力於為農業行業開發創新解決方案。
為什麼農業化學如此重要
農業化學之所以重要，是因為它在提高農業生產力和可持續性方面發揮著關鍵作用。
隨著全球人口增長，對糧食需求的增加使得農業化學至關重要。農業化學的發展有助於確保全球糧食安全。
此外，農業化學對環境保護和可持續農業至關重要。
該研究致力於開發環保型和可生物降解的農業化學品，以最大限度地減少對生態系統的危害。通過研究農業化學品與環境之間的相互作用，農業化學家致力於減少污染並減輕農業活動對土壤、水和空氣品質的負面影響。
農業化學促進技術
- 雜草防治與植物生長調節劑的改進
除草劑用於控制或消除與作物爭奪陽光、水分和養分等資源的雜草。它們在現代農業中發揮著至關重要的作用，通過提高作物產量、降低勞動力成本和提升農業作業效率來促進農業發展。另一方面，選擇性植物生長調節劑在提升農業生產效益方面也極為高效。
- 農藥研發
农药是确保作物免受害虫、疾病和昆虫侵害的必需化学品，这些害虫可能显著降低农业产量和食品质量。安全农药（包括杀虫剂）的研发进展有助于通过减少作物损失来保障稳定充足的食品供应，同时致力于开发更安全、更有效且环保的害虫防治解决方案。
- 肥料改良
化肥技術的進步有助於最大限度地提高農業產量，保障糧食安全，並通過減少對過量化學投入品的需求，促進可持續農業實踐。
未來發展方向
人工智能在推動農用化學品的設計與開發革命中發揮著至關重要的作用。借助人工智能，科學家能夠研發出更高效、更安全的除草劑、殺蟲劑、植物生長調節劑及肥料。人工智能能帶來什麼：
更準確地預測與農業化學相關的分子性質。
開發具有所需特性且安全的創新農用化學品，包括更高的預計可合成性。
設計新型農藥的合成路線。
農化產品DSTA週期的全程管理。
影響領域
作物生產
害蟲與疾病防治
土壤健康
環境保護
動物營養
食品安全
什麼是潤滑劑
潤滑劑是塗抹在相接觸的表面上的物質，旨在減少它們之間的摩擦和磨損。不同類型的潤滑劑通過多種機制發揮作用，以確保機械和機械系統的高效、可靠和持久運行。
改良的潤滑劑能帶來更順暢的運行、更低肺維護需求以及機器和系統的整體性能升級。潤滑劑通過防止表面直接接觸，延長了機械部件的使用壽命。它們減少了運動部件之間的摩擦，提高了效率並降低了能耗。
為什麼潤滑劑如此重要
尋找新型潤滑劑對於提升效率、延長設備使用壽命、降低維護成本以及滿足環保法規至關重要。
高級潤滑劑能夠提升性能、支持可持續發展目標，並適應各行業不斷變化的技術需求。
潤滑劑的生產涉及多個階段，每個階段都採用特定肺技術和工藝。
潤滑劑的分子設計是一項高技術、跨學科的過程，融合了化學、材料科學和工程學。
潤滑劑種類
- 液體潤滑劑
最常見的潤滑劑類型，包括石油化工產品、合成化合物和天然來源製成的潤滑油。它們廣泛應用於發動機、液壓系統和工業機械等領域。
- 油脂潤滑劑
用油和增稠劑混合製成的半固體潤滑劑，適用於液體潤滑劑容易被衝刷掉或是部件需要更厚潤滑層的情況。這類潤滑劑常用於輪轂軸承和底盤潤滑。
- 固體潤滑劑
石墨、二硫化鉬以及某些物質的聚合物，適用於液體潤滑劑可能蒸發或凍結的情況，如太空或高溫環境下。
未來發展方向
人工智能正在徹底改變材料研究與開發的過程。
人工智能能提供哪些幫助：
提出符合特定標準的新分子結構或添加劑配方。
協助平衡潤滑劑配方中的多種性能因素。
基於各類參數評估材料性能。
研究方案的全程管理。
影響領域
潤滑劑在多個行業和領域中具有廣泛的影響，這得益於其在機械行業找那個減少摩擦、磨損和熱量方面發揮的關鍵作用。
汽車工業
工業機械
航空航天工業
新能源
食品與餐飲業
農業
建築與重型機械