O echipă de cercetători de la Institutul Indian de Știință (IISc) a reușit să identifice 9.389 de reacții chimice individuale care au loc pe suprafața unui catalizator din cupru. Această realiză a fost posibilă prin utilizarea inteligenței artificiale și a unor simulări computerizate avansate, conform datelor publicate de ScienceDaily. Studiul detaliat în revista Nature Communications pune într-o nouă lumină asupra mecanismelor chimice care sunt adesea ignorate de modelele tradiționale de analiză.
Procesul vizează în principal dezvoltarea unor catalizatori mult mai eficienți pentru transformarea dioxidului de carbon în produse utile, precum metanolul. Una dintre metodele promițătoare pentru reciclarea dioxidului de carbon este hidrogenarea, un proces prin care CO2 reacționează cu hidrogenul în prezența unui catalizator. Deoarece simularea tuturor etapelor posibile ar necesita o putere de calcul uriașă, modelele convenționale tind să analizeze doar reacțiile considerate esențiale, riscând să omită etape chimice de o importanță majoră.
Metodologia a implicat utilizarea inițială a simulărilor de mecanică cuantică pentru a crea o bază de date formată din 152 de reacții, după care modelele de inteligență artificială au fost antrenate pentru a identifica alte transformări. Astfel, rețeaua a fost extinsă la 9.389 de reacții după analiza a 105 specii chimice prezente pe suprafața catalizatorului. Anand Mohan Verma, autorul principal al studiului, a subliniat importanța acestei abordări pentru a asigura integritatea rețelelor de reacții studiate.
Rezultatele extinderii rețelei au demonstrat o diferență semnificativă față de predicțiile inițiale, noul model identificând corect metanolul și monoxidul de carbon drept produse principale. Înainte de această intervenție, modelul identifica greșit acidul formic drept produs principal și subestima cantitatea de CO2 care putea fi transformată. După aplicarea noului model, cantitatea estimată de dioxid de carbon transformat a crescut de aproximativ 40 de ori față de predicția inițială, aliniindu-se rezultatelor experimentale.
Cercetătorii au descoperit și un mecanism surprinzător prin care hidrogenul poate participa la reacții chimice sub formă de molecule H2, fără a fi necesară separarea sa în atomi individuali. Shivam Chaturvedi, coautor al studiului, a menționat că această idee contrazice ceea ce a fost învățat de majoritatea cercetătorilor. Ananth Govind Rajan, profesor asociat la IISc, a explicat că abia după extinderea rețelei cu mii de reacții suplimentare, predicțiile au ajuns să corespundă cu observațiile din experimente.
Tehnologia utilizată în acest studiu de la IISc reprezintă un pas important în aplicarea inteligenței artificiale în domeniul științelor materiale și al chimiei computaționale. Pe lângă producția de metanol din CO2, cercetătorii consideră că această metodă poate fi aplicată și în alte procese industriale critice, precum reducerea azotului sau descompunerea apei, oferind noi posibilități pentru îmbunătățirea tehnologiilor de producere a substanțelor chimice și a combustibililor.