Um químico da Universidade de Cincinnati apresentou uma nova maneira de estudar as propriedades termodinâmicas dos sais fundidos, que são usados ​​em muitas aplicações de energia nuclear e solar.
O associado de pesquisa e químico computacional da Faculdade de Artes e Ciências da UC Yu Shi e seus colaboradores desenvolveram um novo método de simulação para calcular a energia livre usando inteligência artificial de aprendizado profundo.

O sal fundido é o sal aquecido a altas temperaturas, onde se torna líquido. Os pesquisadores da UC estudaram o cloreto de sódio, comumente conhecido como sal de mesa. Shi disse que o sal fundido tem propriedades que o tornam um meio valioso para sistemas de resfriamento em usinas nucleares. Em torres solares, elas podem ser usadas para transferir calor ou armazenar energia.

Paradoxalmente, enquanto o sal é um isolante, o sal fundido conduz eletricidade.

"Os sais fundidos são estáveis ​​em altas temperaturas e podem reter muita energia em estado líquido", disse Shi. "Eles têm boas propriedades termodinâmicas. Isso os torna um bom material de armazenamento de energia para usinas de energia solar concentrada. E podem ser usados ​​como refrigerante em reatores nucleares."

Publicado na revista Royal Society of Chemistry Chemical Science , o estudo pode ajudar os pesquisadores a examinar a corrosão que esses sais podem causar em recipientes de metal como os encontrados na próxima geração de reatores nucleares.

O estudo fornece uma abordagem confiável para estudar a conversão de gás dissolvido em vapor em sais fundidos, ajudando os engenheiros a entender o efeito de diferentes impurezas e solutos (a substância dissolvida em uma solução) na corrosão. Shi disse que também ajudará os pesquisadores a estudar a liberação de gás potencialmente tóxico na atmosfera, o que será extremamente útil para reatores nucleares de sal fundido de quarta geração.

“Usamos nossa teoria quase química e nossa rede neural profunda, que treinamos usando dados gerados por simulações quânticas, para modelar a termodinâmica de solvatação do sal fundido com precisão química”, disse Shi.

O co-autor do estudo, Thomas Beck, é ex-chefe do Departamento de Química da UC e agora trabalha como chefe de seção de engajamento científico do Laboratório Nacional de Oak Ridge, no Tennessee. Beck disse que os sais fundidos não se expandem quando aquecidos, ao contrário da água, que pode criar pressão extrema em altas temperaturas.

"A pressão dentro de um reator nuclear aumenta muito. Essa é a dificuldade do projeto do reator - leva a mais riscos e custos mais altos", disse ele.

Os pesquisadores recorreram ao Centro de Computação de Pesquisa Avançada da UC e ao Centro de Supercomputadores de Ohio para executar as simulações.

"Em Oak Ridge, temos o supercomputador mais rápido do mundo, então nosso experimento levaria menos tempo aqui", disse Beck. “Mas em supercomputadores típicos, pode levar semanas ou meses para executar essas simulações quânticas”.

A equipe de pesquisa também incluiu Stephen Lam, da Universidade de Massachusetts Lowell.

"É importante ter modelos precisos desses sais. Fomos o primeiro grupo a calcular a energia livre do cloreto de sódio em alta temperatura em líquido e compará-lo com experimentos anteriores", disse Beck. "Então provamos que é uma técnica útil."

Em 2020, Shi e Beck estabeleceram uma escala de energia livre para hidratação de íon único usando teoria quase química e simulações mecânicas quânticas do íon sódio na água em um estudo publicado na revista PNAS . Foi o primeiro cálculo de energia livre de solvatação para o soluto carregado usando a mecânica quântica, disse Shi.

Beck disse que os sais fundidos serão importantes para o desenvolvimento de novas fontes de energia – talvez até mesmo um dia de energia de fusão.

"Eles estão propondo o uso de sais fundidos como refrigerante de revestimento para o reator de alta temperatura", disse ele. "Mas a fusão está mais adiante." + Explorar mais

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