Conform Mediafax: Inteligența artificială revoluționează cataliza chimică
O echipă de cercetători de la Institutul Indian de Știință (IISc) a reușit să identifice nu mai puțin de 9.389 de reacții chimice individuale care au loc pe suprafața unui catalizator pe bază de cupru. Această performanță, o premieră în domeniu, a fost posibilă datorită utilizării inteligenței artificiale (IA) și a unor simulări computerizate de ultimă generație. Studiul, publicat în prestigioasa revistă Nature Communications, aduce în atenție mecanisme chimice pe care modelele tradiționale le ignorau, deschizând noi perspective pentru dezvoltarea unor catalizatori mai eficienți, în special în transformarea dioxidului de carbon în produse utile, precum metanolul.
Cum transformăm dioxidul de carbon în combustibil, cu ajutorul IA
Una dintre cele mai promițătoare strategii pentru reciclarea dioxidului de carbon (CO2) este hidrogenarea. Acest proces presupune reacția CO2 cu hidrogenul în prezența unui catalizator, generând substanțe valoroase precum metanolul. Provocarea majoră constă în complexitatea acestui proces chimic, care implică un număr uriaș de reacții posibile. Simularea tuturor acestor etape ar necesita o capacitate de calcul colosală, motiv pentru care modelele convenționale analizează doar reacțiile considerate esențiale, riscând să omită etape critice. „Am pornit de la o preocupare familiară oricui studiază mecanismele de reacție: cum știi că rețeaua ta de reacții nu a omis tocmai etapa care contează?”, a explicat Anand Mohan Verma, autorul principal al studiului.
IA a descoperit mii de reacții chimice ignorate
Cercetătorii de la IISc au demarat procesul prin crearea unei baze de date inițiale cu 152 de reacții, folosind simulări de mecanică cuantică. Ulterior, au antrenat modele de inteligență artificială pentru a identifica alte transformări chimice posibile. Rezultatul a fost uimitor: rețeaua inițială a fost extinsă la 9.389 de reacții chimice, după o analiză amănunțită a 105 specii chimice prezente pe suprafața catalizatorului de cupru. Această extindere a avut un impact semnificativ asupra predicțiilor. Modelul inițial greșea identificând acidul formic drept produs principal, în loc de metanol, și subestima cantitatea de CO2 care putea fi transformată. După includerea celor 9.389 de reacții, cantitatea estimată de CO2 transformat a crescut de aproximativ 40 de ori față de predicția inițială. Noul model a identificat corect metanolul și monoxidul de carbon ca produse principale, confirmând rezultatele experimentale obținute în laborator. „Abia când am extins rețeaua pentru a include mii de reacții suplimentare, ignorate anterior, predicțiile au ajuns să corespundă cu ceea ce observăm noi și alți cercetători în experimente”, a declarat Ananth Govind Rajan, profesor asociat la IISc.
Un mecanism neașteptat pentru producția eficientă de combustibili
Pe lângă numărul impresionant de reacții identificate, cercetătorii au descoperit și un mecanism surprinzător privind participarea hidrogenului în reacțiile chimice. S-a observat că, în anumite etape, hidrogenul poate fi transferat direct către compușii intermediari sub formă de molecule H2 intacte, fără a fi necesară descompunerea sa prealabilă în atomi. Această constatare contrazice concepțiile tradiționale din domeniu. „Ideea că hidrogenul poate fi transferat ca moleculă intactă, fără să se descompună mai întâi în atomi, contrazice ceea ce am învățat majoritatea dintre noi”, a declarat Shivam Chaturvedi, coautor al studiului. Descoperirea are potențialul de a contribui la dezvoltarea unor catalizatori mult mai eficienți pentru producerea metanolului din CO2. Cercetătorii consideră că această metodologie ar putea fi aplicată cu succes și în alte procese industriale esențiale, precum reducerea azotului sau descompunerea apei, deschizând noi drumuri pentru optimizarea tehnologiilor de producere a combustibililor și a substanțelor chimice.
Sursa: Mediafax
