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Raggiungere un futuro sostenibile attraverso la ricerca scientifica

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Foto di Chokniti Khongchum da Pexels

Dopo anni in cui la ricerca scientifica ha avuto poco spazio sui media e poca presa sull’opinione pubblica, con la pandemia sanitaria è stato invece ribadito il ruolo chiave della scienza nel progresso umano, soprattutto per lo sviluppo di innovazioni che portino a un futuro sostenibile

Torna protagonista la scienza, finalmente, dopo anni di scarso interesse verso il ruolo della ricerca e dell’innovazione; la sensazione che, tutto sommato, il mondo può progredire autonomamente, sminuendo – o per lo meno considerando poco – il ruolo di chi si applica ogni giorno con costanza e professionalità per trovare soluzioni sostenibili, green e innovative si è sgretolato di fronte alla paura del contagio.

Da questo punto di vista il Covid-19 è stato protagonista nel rimettere al centro dello sviluppo umano la ricerca, che deve avere un ruolo essenziale per combattere alcune delle più grandi sfide del nostro tempo, ripensando i modelli tradizionali di generazione, consumo e smaltimento dei materiali necessari alla nostra sopravvivenza.

Sopravvivenza legata anche a scelte scomode e impopolari, che però andranno prese: è il caso della California che – in questi giorni – ha annunciato che bandirà l’utilizzo di veicoli a combustione dal 2035. Una scelta forte che è stata condivisa anche da alcune città europee e Stati Membri, che hanno avanzato la stessa proposta.

Il settore dei trasporti è responsabile del 30% delle emissioni totali di CO2 in Europa, di cui il 72% viene prodotto dal solo trasporto stradale. Per questo è necessario che la politica della Commissione Europea punti a proposte in grado di ridurre le emissioni in modo deciso.

È quindi importante proporre date di scadenza che mettano i cittadini e gli Stati di fronte a scelte di responsabilità; ma è anche importante che le aziende lavorino sulla ricerca scientifica per arrivare a un futuro sostenibile.

Non stiamo parlando di 30 anni… il futuro sostenibile che può essere raggiunto grazie alla scienza potrebbe avere tempi più rapidi.

Ecco perché Ibm Research, come ogni anno, individua 5 scenari che potrebbero cambiare le nostre vite nei prossimi 5 anni, attraverso l’applicazione e lo sviluppo di tecnologie che sfruttano le possibilità offerte dal quantum computing, dall’intelligenza artificiale, dall’high performance computing e dal cloud ibrido.

In particolare Ibm Research sta lavorando su innovazioni in cinque aree che hanno un forte legame con la sostenibilità del nostro futuro:

  • la cattura e la trasformazione della CO2 presente in atmosfera
  • la disponibilità di batterie prive di cobalto e nichel
  • l’impiego di semiconduttori più efficienti tramite l’uso di nuovi composti chimici fotoresistenti
  • il sostegno alla medicina per fronteggiare le minacce virali su larga scala
  • la conversione dell’azoto presente nel suolo in fertilizzante ricco di nitrati, come avviene in natura

Futuro sostenibile: cosa prevede Ibm Research per i prossimi 5 anni

Vediamo quindi quali sono le previsioni per i prossimi 5 anni.

Mitigazione dei cambiamenti climatici catturando e trasformando la CO2

Entro il 2025, la CO2 presente nell’atmosfera raggiungerà livelli insostenibili. Con l’Accordo di Parigi a livello mondiale sono già state stabilite le soglie di riduzione delle emissioni – spesso disattese o al momento sottostimate.

Per ottenere risultati più marcati serve una spinta tecnologica decisa; servono nuovi materiali e processi per la cattura e la trasformazione della CO2: nei prossimi 5 anni Ibm prevede che la tecnologia aiuterà a catturare le emissioni atmosferiche in modo più efficace, trasformando la CO2 in prodotti e componenti utili.

Un team di ricercatori Ibm è impegnato nell’identificazione di metodi e materiali già esistenti e pronti all’uso, utilizzando cloud e tecnologie di natural language processing per estrarre le informazioni contenute nei brevetti e nei documenti, per poi applicare l’intelligenza artificiale ai materiali più noti utilizzati, per la separazione e la cattura della CO2.

Obiettivo rendere il processo abbastanza efficiente da ridurre significativamente il livello di CO2 nocivo nell’atmosfera a livello globale.

Ripensare le batterie prima di ripensare il Pianeta

Entro il 2050, l’uso di energia in tutto il mondo aumenterà del 50%, a causa anche della crescita della popolazione mondiale e all’aumento degli standard di vita delle nazioni in via di sviluppo.

L’energia da fonti rinnovabili – solare, eolica e idroelettrica – che non rilascia CO2 dannosa per il clima e l’atmosfera, può aiutare a soddisfare la crescente domanda di energia pulita.

Abbiamo però bisogno di energia rinnovabile più affidabile: le fonti esistenti non sono al momento supportate da infrastrutture adeguate a garantire la continuità energetica e richiedono impianti di stoccaggio per evitare problemi di intermittenza.

Per risolvere questo problema, Ibm sta lavorando per accelerare la scoperta di nuovi materiali per le batterie, più sicuri e preferibili dal punto di vista ambientale. L’uso dell’intelligenza artificiale e del calcolo quantistico permetterà di progettare batterie migliori.

I ricercatori Ibm hanno già sviluppato una batteria a catodo a base di iodio, priva di cobalto e nichel, che ha una densità maggiore, una minore infiammabilità e tempi di ricarica più rapidi rispetto alle batterie tradizionali.

La società ha inoltre collaborato con gli scienziati di Daimler Ag per sviluppare batterie al litio-zolfo di nuova generazione, più potenti ed economiche, facendo leva sul calcolo quantistico per simulare accuratamente l’interazione delle molecole delle batterie al litio-zolfo.

Materiali e prodotti sostenibili, per un futuro sostenibile

Si stima che entro il 2023, nel mondo, ci saranno 3 volte più dispositivi connessi rispetto al numero di essere umani. Molti dei dispositivi utilizzati al giorno d’oggi non sono completamente sostenibili, anche per via dei semiconduttori che li compongono.

L’impegno dei ricercatori Ibm per i prossimi 5 anni è quello di scoprire nuovi materiali che consentano ai produttori di semiconduttori di migliorare la sostenibilità dei propri prodotti.

Per riuscirci sarà fondamentale l’utilizzo del calcolo quantistico avanzato, dell’intelligenza artificiale e la ricerca continuativa, in modo da sviluppare computer migliori e più sostenibili, efficaci e sicuri.

Ibm ha messo a disposizione competenze e strumenti avanzati per permettere agli scienziati di aggregare e analizzare le informazioni note sulle sostanze chimiche fotoresistenti e quindi spingere la modellazione sui sistemi informatici tradizionali ad alte prestazioni.

Sviluppare antivirali più efficienti

La pandemia di Covid-19 ha mostrato chiaramente la necessità di creare e di implementare un processo più efficiente per la scoperta dei farmaci, in modo da essere pronti ad affrontare eventuali minacce virali che potrebbero presentarsi in futuro.

La progettazione di nuovi farmaci è difficile e costosa e richiede tempo: in media ci vogliono più di 2 miliardi di dollari e più di 10 anni prima che un nuovo farmaco raggiunga il mercato.

Nel contesto attuale di diffusione del Covid-19, queste statistiche non sono mai state così preoccupanti: ecco perché Ibm, nei prossimi cinque anni, applicherà le sue tecnologie per snellire il processo di scoperta dei farmaci, accelerando la scoperta di terapie e molecole utili a combattere nuovi virus su scala globale e riducendo i costi della ricerca.

Conversione dell’azoto presente nel suolo in fertilizzante

La popolazione mondiale sta crescendo rapidamente, con stime che suggeriscono che il mondo raggiungerà i 10 miliardi di persone entro il 2050, rispetto agli 8 miliardi di oggi.

Per sostenere questa nuova realtà è necessario garantire l’accesso a una risorsa fondamentale: il cibo.

I fertilizzanti svolgono un ruolo enorme nella produzione alimentare, ma è necessario individuare modi migliori e meno energivori per produrli.

L’azoto, il gas più abbondante nell’atmosfera, è l’ingrediente principale nei moderni fertilizzanti industriali: tuttavia, produrre una tonnellata di fertilizzante richiede la combustione di una tonnellata di energia fossile che trasformi l’azoto in nitrati utilizzabili in campo agricolo.

A loro volta, queste sostanze influiscono sulle emissioni di anidride carbonica in atmosfera. Nei prossimi cinque anni sarà possibile replicare la capacità della natura di convertire l’azoto nel suolo in fertilizzanti ricchi di nitrati, nutrendo il mondo che verrà e riducendo l’impatto ambientale dell’industria agroalimentare.

Ibm Research sta lavorando per reinventare gli approcci tradizionali all’agricoltura sviluppando soluzioni innovative, sostenibili e scalabili per consentire la fissazione dell’azoto.

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