Inteligența artificială a extins de la 152 la 9389 de reacții un model pentru transformarea CO2
O echipă de la Institutul Indian de Știință (IISc) a folosit inteligența artificială pentru a extinde de la 152 la 9389 de reacții o rețea care descrie transformarea dioxidului de carbon (CO2) pe suprafața unui catalizator din cupru. Cercetătorii au combinat modele de inteligență artificială cu simulări computerizate pentru a identifica transformările chimice posibile.
Studiul a fost publicat în revista Nature Communications, potrivit ScienceDaily, citat de Go4IT. Rezultatele ar putea ajuta la proiectarea unor catalizatori mai eficienți pentru obținerea metanolului și a altor substanțe utilizate în industrie.
Extinderea modelului a schimbat produsele prezise
Modelul inițial indica eronat acidul formic drept principalul produs al reacției. Totodată, subestima cantitatea de dioxid de carbon care putea fi transformată.
După includerea reacțiilor suplimentare, metanolul și monoxidul de carbon au fost identificate corect drept produsele principale. Estimarea cantității de CO2 convertite a crescut de aproximativ 40 de ori față de varianta inițială. Comparația privește predicțiile celor două modele.
„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, despre verificarea predicțiilor prin comparație cu observațiile experimentale.
Simularea tuturor etapelor cere resurse mari de calcul
Procesul studiat este hidrogenarea: dioxidul de carbon reacționează cu hidrogenul în prezența unui catalizator, pentru a forma compuși precum metanolul. Catalizatorul este materialul care facilitează reacția, în acest caz cuprul.
Calcularea tuturor etapelor chimice posibile necesită resurse foarte mari. Modelele convenționale urmăresc, de regulă, doar reacțiile considerate esențiale, cu riscul de a exclude etape care influențează rezultatul final.
„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, despre întrebarea de la care a pornit cercetarea.
Echipa a construit mai întâi baza de date prin simulări de mecanică cuantică, adică prin calcule care descriu comportamentul materiei la nivel atomic. Această bază a fost apoi folosită pentru antrenarea modelelor de inteligență artificială.
Modelele au căutat alte transformări posibile între cele 105 specii chimice, adică tipuri de particule chimice, analizate pe suprafața cuprului. Astfel au fost incluse în rețea mii de reacții ignorate anterior.
Hidrogenul poate participa și fără separarea în atomi
Despre transferul către compușii intermediari identificat în anumite etape ale procesului, Shivam Chaturvedi, coautor al studiului, a declarat: „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”.
Observația ar putea schimba proiectarea catalizatorilor pentru producerea metanolului din CO2. Cercetătorii consideră că analiza unor rețele mai extinse, în locul urmăririi exclusive a reacțiilor deja considerate importante, ar putea permite identificarea unor trasee chimice mai eficiente.
Echipa consideră că metoda ar putea fi folosită și în alte procese industriale complexe, cum sunt reducerea azotului ori descompunerea apei. Pe termen lung, folosirea împreună a simulărilor cuantice și a inteligenței artificiale ar putea grăbi dezvoltarea tehnologiilor de producere a combustibililor și a substanțelor chimice, reducând dependența de procese bazate pe resurse fosile.
