PHCAT: Photocatalysis Ontology. Ontología para el dominio de los procesos fotocatalíticos y creación de Research Object Crates

Abstract

La fotosíntesis es un proceso que se da en plantas, algas y algunos tipos de bacteria y que hace uso de la energía del sol para generar reacciones químicas que transforman la energía solar en energía útil mediante la combinación de agua y el dióxido de carbono (CO2) para formar carbohidratos (azúcares) y emitir oxígeno. De la misma forma, la fotosíntesis artificial es un proceso fotocatalítico inspirado en la fotosíntesis natural de las plantas, que utiliza elementos como el CO2 y el agua para convertir estos elementos en compuestos reducidos (C1 y C2) gracias a reacciones generadas por la exposición a la luz. Debido a que el CO2 no tiene la capacidad necesaria de absorción de luz para este proceso, se emplean materiales fotocatalizadores los cuales absorben la radiación y transfieren la energía a la molécula dando lugar a una reacción fotoquímica conocida como fotocatálisis. Gracias a esta reacción, la energía solar es transformada en energía química cuando esta se proyecta sobre la superficie de un catalizador. En el instituto IMDEA Energía de Madrid comenzó hace años un proyecto llamado Artleafs con el objetivo de crear un registro de los resultados obtenidos en los experimentos relacionados con la fotocatálisis y reportados en la literatura científica. Este proyecto se fundamenta en una base de datos y una plataforma web donde registrar artículos que estudian la fotocatálisis, así como los experimentos realizados, las condiciones que permitan reproducirlo y los productos obtenidos de estos. Su fin es el de utilizar la plataforma para después efectuar búsquedas de procesos según los químicos de entrada o de salida y tener un registro de las publicaciones que se llevan a cabo en el campo de la fotocatálisis. Hasta la fecha no existen muchas plataformas de este tipo relacionadas con el campo de la fotocatálisis, por lo que se puede decir que en comparación a otros campos de investigación, este es uno de los campos cuya forma de publicar y difundir conocimiento aún se basa en los artículos como elemento principal de transmisión de conocimientos. Esto dificulta la reproducibilidad de los experimentos, ya que muchas veces los procesos no están bien definidos y/o son incompletos. Por lo tanto, nuestro objetivo con este proyecto es acercar el campo de los procesos de fotocatálisis a los conceptos de Ciencia Abierta y FAIR. Con este acercamiento se pretende conseguir una mayor accesibilidad a la información, así como, transparencia en la información, facilidad para encontrarlos, compartirlos y reutilizarlos. Además de dar capacidad de tratar esta información de forma sencilla tanto para lectores humanos, como para máquinas. Para realizar este proceso de acercamiento a Ciencia Abierta y FAIR hemos realizado dos tareas principales. En la primera, hemos hecho uso de la metodología de desarrollo de ontologías LOT para diseñar y construir una ontología adaptada al dominio de la fotocatálisis llamada PHCAT. Con esta ontología definimos las bases del dominio, sus elementos principales, propiedades y relaciones. Además, mediante el uso de los datos almacenados en Artleafs creamos un nuevo conjunto de datos RDF basado en tripletas, el cual puede utilizarse para responder las mismas preguntas que se intentan visualizar en la web actual de Artleafs. Tras esto, la siguiente tarea es emplear este conjunto de datos RDF para generar Research Objects del tipo RO-Crate, con los cuales se pretende acercar las publicaciones a los conceptos de Ciencia Abierta y FAIR y dotar a las publicaciones de información añadida (datos y metadatos) legibles tanto por humanos como por máquinas.---ABSTRACT---Photosynthesis is a process that occurs in plants, algae and some types of bacteria and that makes use of the sun’s energy to generate chemical reactions that transform solar energy into useful energy by combining water and carbon dioxide (CO2) to carbohydrates (sugars) and emit oxygen. In the same way, artificial photosynthesis is a photocatalytic process inspired by the natural photosynthesis of plants that uses elements such as CO2 and water to convert these elements into reduced compounds (C1 and C2) thanks to reactions generated by exposure to light. Because of the lack of light absorption capacity of the CO2 to complete this process by its own, photocatalyst materials are used, which absorb radiation and transfer energy to the molecule, giving rise to a photochemical reaction known as photocatalysis. Thanks to this reaction, solar energy is transformed into chemical energy when it is projected onto the surface of a catalyst. Years ago the IMDEA Energy Institute in Madrid began the Artleafs project. Which had the aim of creating a record of the results obtained in experiments related to photocatalysis reported in the scientific literature. This project is based on a database and a web platform used to register articles that study photocatalysis, as well as the experiments, the conditions that allow them to be reproduced and the products obtained from them in order to use the platform and then carry out searches for processes according to the input or output chemicals and have a record of the publications that are made in the field of photocatalysis. To date, there are not many platforms of this type related to the field of photocatalysis, so it can be said that compared to other fields of research, this is one of the fields whose way of publishing and disseminating knowledge is still based on articles as the main element of knowledge transmission. This hinders the reproducibility of the experiments since the processes are often not well defined and/or incomplete. Therefore, our goal with this project is to bring the field of photocatalysis processes closer to the concepts of Open Science and FAIR Science. This approach is intended to achieve greater accessibility to information, as well as transparency in information, ease of finding, sharing and reusing them. In addition to giving the ability to process this information in a simple way for both human readers and machines. To carry out this process of approaching Open Science and FAIR, we have carried out two main tasks. In the first one, we have made use of the LOT ontology development methodology to design and build PHCAT ontology, an ontology adapted to the domain of photocatalysis. With this ontology we define the bases of the domain, its main elements, properties and relationships. Additionally, by using the data stored in Artleafs’s database we create a new triplet-based RDF dataset, which can be used to answer the same questions that are attempted to be displayed on the current Artleafs website. After this, the next task is to use this RDF data set to create RO-Crates, a type of Research Objects, with which it is intended to bring the publications closer to the concepts of Open Science and FAIR and provide the publications with information added (data and metadata) readable by both humans and machines.