Inteligența Artificială a identificat aproape 10.000 de reacții chimice noi care ar putea fi utile în industrie

O echipă de cercetători de la Institutul Indian de Știință (IISc) a identificat 9.389 de reacții chimice individuale care au loc pe suprafața unui catalizator din cupru, cu ajutorul inteligenței artificiale și al simulărilor computerizate avansate, potrivit ScienceDaily.

Studiul, publicat în revista Nature Communications, a scos la iveală mecanisme chimice ignorate de modelele tradiționale. Rezultatele ar putea contribui la dezvoltarea unor catalizatori mai eficienți pentru transformarea dioxidului de carbon în produse utile, precum metanolul.

Cum poate fi transformat dioxidul de carbon în combustibil

Una dintre metodele promițătoare pentru reciclarea dioxidului de carbon este hidrogenarea, proces prin care CO2 reacționează cu hidrogenul, în prezența unui catalizator, pentru a forma substanțe precum metanolul.

Procesul implică însă numeroase reacții chimice, iar simularea tuturor etapelor posibile ar necesita o putere de calcul uriașă. Din acest motiv, modelele convenționale analizează doar reacțiile considerate esențiale și pot omite etape importante.

„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 identificat peste 9.000 de reacții chimice

Cercetătorii au folosit inițial simulări de mecanică cuantică pentru a crea o bază de date cu 152 de reacții, apoi au antrenat modele de inteligență artificială pentru a identifica alte transformări posibile.

Astfel, au extins rețeaua inițială la 9.389 de reacții chimice, după analiza a 105 specii chimice prezente pe suprafața catalizatorului.

Diferența a fost semnificativă. Modelul inițial identifica greșit acidul formic drept principalul produs al reacției, în locul metanolului, și subestima cantitatea de CO2 care putea fi transformată.

După extinderea rețelei, 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 drept produse principale, în concordanță cu rezultatele experimentale.

„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 explicat Ananth Govind Rajan, profesor asociat la IISc.

Un mecanism neașteptat ar putea duce la combustibili produși mai eficient

Cercetătorii au descoperit și un mecanism surprinzător prin care hidrogenul poate participa la reacțiile chimice.

În anumite etape, hidrogenul poate fi transferat direct către compuși intermediari sub formă de molecule H2, fără să fie necesară separarea sa prealabilă în atomi individuali.

„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 ar putea contribui la dezvoltarea unor catalizatori mai eficienți pentru producerea metanolului din CO2.

Cercetătorii consideră că metoda ar putea fi aplicată și altor procese industriale, inclusiv reducerii azotului și descompunerii apei, oferind noi posibilități pentru îmbunătățirea tehnologiilor de producere a combustibililor și substanțelor chimice.